【"双碳”知识普及系列 4.】
(4. 温室效应和温室气体）
⑴地球表面的热平衡： 来自太阳的辐射能，以各种波长的形式辐射到地球上。其中一部分在到达地面之前被大气反射逸回外空间，另一部分被大气层吸收，最后照射到地表吸收的是少量的短波辐射（紫外线）、大量的长波辐射（可见光、红外辐射）。这些辐射被地面吸收后，最终都以长波辐射的形式又返回外空间，从而维持地球的热平衡。根据Wein辐射吸收定律：黑体辐射峰波长λm与热力学温度T成反比，即λm·T=2.897╳106 nm·K-1, 可以计算出地球表面的平衡气温为14℃（287K），这个气温是人类感觉较为舒适的情况。如果没有大气层的自然吸收，地表辐射全部返回外空间，理论上计算结果：全球气温应当在－18℃。这显然太冷，不适宜人类的生存发展。
⑵温室效应：为什么大气层的自然吸收会比理论计算值高出32℃呢？在1800年，法国数学家、物理学家傅立叶（J.Fourier）提出假定地球大气与温室玻璃屋的功能相近，即吸收快，释放慢。这个假定比喻沿用至今，即为温室效应。后来到了1860年，英格兰的丁达尔（J.Tyndall）用实验演示温室效应，并计算出温室气体H2O（气态）和CO2的吸收值。亦即H2O和CO2吸收地表红外辐射，又向各方向放出红外辐射，把部分辐射能返还给地球，此称为大气逆辐射，所以地表实际输出的辐射能减少，全球气温不是－18℃，而是14℃。这就是自然吸收温室效应的结果。
⑶温室气体：能够快速吸收长波辐射而释放较慢，导致温室效应的气体分子就是温室气体。现代环境中存在的温室气体可分为两类，一类是地球大气中固有的，但是工业化（1750年）以来由于人类活动排放而明显增多的温室气体，包括CO2、CH4、N2O、O3等；另一类是完全由人类活动产生的（人造温室气体），如氟氯烃、氟化物、溴化物、氯化物等。温室气体能吸收红外辐射，必须是分子内原子间的振辐增大，足以改变其分子偶极矩。因此它必然是三个原子以上的多原子分子，所以大气中的主要成分N2、O2都不具备温室气体的特质。而大气中大量存在的水蒸汽（H2O)显然是一种温室气体，但作为蒸汽，它在大气中的存留时间短（最多停留10天），且在不同地域的大气中的含量是漂浮不定的。加上人为作用向大气中输入水蒸汽的流量比“自然蒸发”的量要少得多，因此它对长期的温室效应的贡献较小。在对流层（垂直高度10 Km以下）人为排放的水蒸汽对温室效应的影响不是主要原因。而在平流层（垂直高度10 Km以上）人为排放的水蒸汽对温室效应有较大的影响，但就其流量比对温室效应的贡献没有人为排放的CO2、CH4的贡献大，所以应把CO2、CH4称为关键温室气体，尤其是目前化石燃料的大量使用，远远突破了自然碳循环的平衡，也就是大气中自然固有的二氧化碳含量被突破，且日益增加，温室效应就突破了自然吸收长波辐射的状况，就会导致全球性气候变暖的环境问题。所以碳达峰、碳中和所指的也就是要求减少碳排放，以控制温室效应。当然其它非二氧化碳的温室气体对温室效应的贡献，可以通过其排放量乘以其温室效应值（GWP），则后换算为等价的二氧化碳当量值，这样可以将不同的温室气体的效应标准化。
丰都智愚河畔环境技术工作室
