1.3 什麼是溫室效應?

太陽為地球的氣候提供動力,它以甚短波的形式輻射能量,主要是可見光或近可見光(如紫外線)。到達地球大氣 層頂的太陽能中大約有三分之一被直接反射回太空,剩下的三分之二主要被地球表面,其次被大氣吸收。為了平衡被 吸收的入射能量,地球本身也必須向太空輻射出平均起來等量的能量。因為地球比太陽的溫度要低得多,它輻射的波 長要長得多,主要是紅外光(見圖1)。陸地和海洋釋放的熱輻射中有很多被大氣,包括雲吸收了,然後又被輻射回地 球。這就是所謂的溫室效應。溫室中的玻璃牆減少了空氣流動,提高了溫室內的氣溫。與之類似,地球的溫室效應使 地球表面的溫度升高,但是其物理過程不同。如果沒有自然的溫室效應,地球表面的平均溫度會降到水的冰點以下。 因此,沒有地球的自然溫室效應,就不可能有我們現在的生活。但是,人類的活動,主要是燃燒石化燃料和毀林,大 大地加強了自然溫室效應,引起全球變暖。

自然溫室氣體效應的理想模式

FAQ1.3,圖1,自然溫室氣體效應的理想模式。

大氣中含量最高的氣體是氮氣(乾燥大氣中的含量為78%)和氧氣(含量為21%),它們沒有溫室效應。溫室效應來 自於那些更加複雜而且不太常見的分子。水氣是最重要的溫室氣體,其次是二氧化碳(CO2)。甲烷、 氧化亞氮、臭氧和少量存在於大氣中的若干其他氣體也具有溫室效應。在潮濕的赤道地區,空氣中的水氣含量非常高, 以致於溫室效應已經很強,因此增加少量的CO2或水氣對射向地面的紅外輻射量只有很小的直接影響。 但是在冷而乾的極地地區,增加很少量的CO2或水氣會產生大得多的效應。同樣,冷而乾的大氣上層中 增加少量水氣所產生的影響,比在近地面增加同量水氣的影響要大得多。

氣候系統中的某些組成部分,特別是海洋和生物,影響著大氣中溫室氣體的濃度水準。最重要的一個部分是植物 吸收大氣中的CO2,然後通過光合作用將其(和水)轉化成碳水化合物。在工業化時代,人類活動增加 了大氣中的CO2含量,主要是通過燃燒石化燃料和毀林造成的。

向大氣中增添更多的CO2會增強溫室效應,從而使地球氣候變暖。變暖的量取決於各種反饋機制。 例如,由於溫室氣體濃度增高,大氣變暖,大氣中的水氣含量也隨之增加,進而又增強了溫室效應。這反過來又引起 了進一步的變暖,而水氣含量又接著增加,這是一種不斷自我強化的循環。水氣反饋的效應非常強,由它所引起的溫 室效應增強的量是增加CO2所引起的溫室效應增強量的兩倍。

其它重要的反饋機制包括雲。雲能有效地吸收紅外輻射,因此產生較大的溫室效應,從而使地球增溫。雲也能有 效地反射入射的太陽輻射,從而使地球降溫。雲的幾乎任何方面的改變,諸如雲的類型、位置、水含量、雲高度、微 粒大小和形狀、雲的存續時間等等都會影響雲對地球的增溫或降溫效應的程度。有些變化放大了增溫效應,而其他變 化減弱了增溫效應。目前正在開展許多研究,以便更好地認識雲如何隨著氣候變暖而發生變化,以及這些變化又如何 通過各種反饋機制來影響氣候。

名詞解釋

  • Atmosphere : 大氣層
  • Earth : 地表
  • Infrared radiation : 紅外線輻射
  • Solar radiation : 太陽輻射