什么是温室效应(这里有最详细的答案)( 二 )
在辐射效应比较显著的区域中,也就比较接近上述理想温室效应描述的情形 。地球表面的温度约为255 K,会以发射长波的红外线,波长约在 4–100 μm 。温室气体对入射的太阳辐射是透明的(不吸收也不会反射),但会吸收此波长下的能量 。有温室气体的每一层大气层都会吸收一些由下方所发射的能量,再往上方及下方再发射,发射能量和吸收能量达到平衡 。因此越下方的大气越温暖 。若增加温室气体的浓度也就增加了吸收及再发射的能量,因此会使大气层更温暖,最后也会使地面变温暖 。
温室气体包括大部分由二种不同原子组成的双原子气体(例如一氧化碳)以及所有由三个或多个原子组成的气体,可以吸收及发射红外线辐射 。虽然干燥大气中有99%(氧气、氮气及氩气)都不会吸收及发射红外线,不过分子间的碰撞使得温室气体吸收及发射的能量可以传递到其他非温室气体 。
温室气体
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大气中的气体只会吸收某一频段的能量,对其他频段的辐射是透明的 。
接上图说明:水蒸气和(蓝色部分)和二氧化碳(粉红色部分)的吸收频谱在一些区域是重叠的 。和水蒸气比起来,二氧化碳所造成的温室效应其实没那么强,但二氧化碳会吸收波长在12-15μm的能量,这接近地球表面会自然辐射到太空的波长范围,而水蒸气不会。
若以对地球温室效应的影响来排名,前四名的气体是:
- 水蒸气,36–70%(但不会列在温室气体中)
- 二氧化碳,9–26%
- 甲烷,4–9%
- 臭氧,3–7%
对气候变迁的影响
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莫纳罗亚火山天文台量测到的基林曲线,也就是大气中的二氧化碳浓度
因为人类活动造成温室效应的增强称为增强型(或人为)温室效应 。人类活动对辐射驱动力的增加是造成大气中二氧化碳增加的原因 。根据最近政府间气候变化专门委员会的评估报告“大气中二氧化碳、甲烷及一氧化氮的浓度已到达过去八十万年来史前无例的程度,这些气体的影响以及其他人为作用已影响了气候系统,可能是二十世纪以来观察到暖化现的主要原因 。”
CO2是因为燃烧化石燃料以及其活动(例如水泥制造及热带森林开伐等)所造成 。莫纳罗亚火山天文台量测到的CO2浓度已由1960年的313ppm到2010年的389 ppm 。在2013年5月9日已到达400 ppm的里程碑 。目前观测到的CO2浓度已超过冰核心数据中的地质纪录最大值(约300 ppm) 。因燃烧产生二氧化碳对整体气候的影响是第一个提出的温室效应,是斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯在1896年提出 。
在过去的八十万年之间,冰核心数据中的二氧化碳纪录最低值有到180 ppm,在工业革命前到270 ppm 。古气候学认为二氧化碳的变化是在这个时间尺度下造成气候变异的主要因素 。
真正的温室
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现代的温室
温室效应取名自受太阳照射而暖和的温室 。许多来源的解释提到温室中较高的温度是因为太阳的紫外线、可见光及红外线透过玻璃照到温室内,由温室中的地板及内容物吸收,因为温度较高,因此会发射波长较长的红外线 。玻璃及温室中用的其他材料无法让红外线穿透,因此红外线无法透过辐射转移离开温室 。而温室是密闭空间,因此也无法透过对流传热的方式将热传递到界,温室内的室温因此而提高 。温室效应是因为会吸收红外线的温室气体(例如二氧化碳及甲烷)其作用和温室中的玻璃相近 。而且地球也没有够多的空气离开地球,因此也不会进行对流传热 。
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