气象百科

article

当前位置: 首页 > 气象百科

温室效应

更新时间:2024-06-15点击次数:

温室效应

时间: 2014-12-06 16:08:31 来源:陕西威瑞仪器仪表有限公司
温室效应(Greenhouse effect),又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温度增高,因其作用类似于栽培农作
目录
  • • 概念
  • • 产生原因
  • • 分类
  • • 影响
  • • 对策

[显示部分][显示全部]

概念

温室效应(greenhouse effect)亦称花房效应。大气通过对辐射的选择吸收而防止地表热
温室效应示意图
能耗散的效应。在晴空地区,大部分太阳短波辐射可以透过大气而被地表所吸收,但地表发射的大部分长波辐射却被大气吸收,而又有一部分由大气以长波形式发射回地面。

生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室,是让太阳光能够直接照射进温室,加热室内空气,而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发,使室内的温度保持高于外界的状态,以提供有利于植物快速生长的条件。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃,“玻璃层”允许太阳辐射能透过,但却阻止地面热量散发,致使地面温度上升,使地球变成了一个大暖房。因其作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应。

由于大气的存在,地表的辐射平衡温度将比它不存在时的辐射平衡温度要高得多。大气的这种增强向下辐射的作用与温室玻璃屋顶和四壁的作用有相似之处,故称温室效应。但实际上大气的保暖作用与玻璃温室不尽相同,玻璃还有隔绝空气流动,减少室内外对流热交换的作用,因而有人建议改称为大气效应更为合适。起温室效应的主要因子有大气中的水汽、二氧化碳和云,其中最主要的是云。

所以在多云和高湿的热带地区,大气的温室效应较强;而在干燥的极地和沙漠地区,大气的温室效应则较弱。由于二氧化碳在大气中的含量不断增加,它所引起的温室效应越来越被人们所重视。当前大气中CO2的含约为340PPmv,如果增加到600PPmv,根据气候模式的计算,全球气温可上升 1.5-4.5℃。痕气体如甲烷,氮氧化物可产生温室效应,且痕量气体的浓度近来增加很快,估计将来的影响可能达到或甚至超过CO2的增加。所以人们有时也把CO2与痕量气体合称“温室气体”,即产生温室效应的气体。此外,高云亦可造成温室效应。

由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。自工业革命以来,人类向大气中排入的二氧化碳等温室气体逐年增加,大气的温室效应也随之增强,已引起全球变暖等一系列严重问题。

产生原因

温室气体

温室效应源自温室气体,由于像二氧化碳这类吸收热能气体的功用和温室玻
温室效应
璃有着异曲同工之妙,都是只允许太阳光进,而阻止其反射,进而实现保温、升温作用,因此被称为温室气体。大气中的每种气体并不都能强烈吸收地面长波辐射,在法律意义上被确认为影响气候变化的温室气体,除了二氧化碳外,还包括甲烷(CH4)、一氧化氮(N2O)、氟氯碳化物(HFCS,氟里昂是其中一种)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)以及水气等。二氧化碳是数量最多的温室气体,约占大气总容量的0.03%,许多其它痕量气体也会产生温室效应,其中有的温室效应比二氧化碳还强。如,每分子甲烷的吸热量是二氧化碳的21倍,一氧化氮(N2O)更高,是二氧化碳的270倍。不过,它们和人造的某些温室气体相比就不算什么了。目前为止,吸热能力最强的是氟氯甲烷(HFCS)和全氟化碳(PFCS)。

现状

二氧化碳 (CO2) ——由于人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料,导致全球的二氧化碳正以每年约六十亿吨的量逐渐增加中。

氟氯碳化物 (CFCs) ——以CFC─l1、CFC─12及CFC─113占最大使用量。简单说就是使用冷媒、清洗、喷雾及发泡等用途,同时此类化合物也是破坏臭氧层的祸首。

甲烷 (CH4) ——甲烷产生源自于发酵与腐化的变更过程及物质的不完全燃烧,主要来自牲畜、水田、汽机车及掩埋场的排放。

氧化亚氮 (N2O) ——源于石化燃料的燃烧,微生物及化学肥料分解而排放出来。

臭氧 (O3) ——来自地面污染,如汽机车、发电厂、炼油厂所排放的氮氧化合物及碳氢化合物,经光化学作用而产生臭氧。

目前这些温室气体仍持续增加中,至1994年,二氧化碳CO2每年平均增加0.4%,浓度约358PPM; 甲烷CH4每年平均增加0.6%,浓度约1.7PPM; 氧化亚氮N2O每年平均增加0.25%,浓度约0.31PPM; 氟氯碳化物CFC─11浓度约268PPT;CFC─12浓度约480PPT。

分类

自然温室效应

大气辐射向所有方向发射,包括向下方的地球表面的放射。而温室气体有效地吸收地球表面、大气本身相同气体和云所发射出的红外辐射。温室气体将热量捕获于地面-对流层系统之内,被称为“自然温室效应”。

增强的温室效应

大气辐射与其气体排放的温度水平强烈耦合。在对流层中,温度一般随高度的增加而降低。从某一高度射向空间的红外辐射一般产生于平均温度在-19℃的高度,并通过太阳辐射的收入来平衡,从而使地球表面的温度能保
温室效应简略图
持在平均14 ℃。温室气体浓度的增加导致大气对红外辐射不透明性能力的增强,从而引起由温度较低、高度较高处向空间发射有效辐射。这就造成了一种辐射强迫,这种不平衡只能通过地面-对流层系统温度的升高来补偿。这就是“增强的温室效应”。

科学家预测,今后大气中二氧化碳每增加1倍,全球平均气温将上升1.5~4.5℃,而两极地区的气温升幅要比平均值高3倍左右。因此,气温升高不可避免地使极地冰层部分融解,引起海平面上升。海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁,甚至被海水吞没。如果海平面升高1 m,直接受影响的土地约5×106 km^2,人口约10亿,耕地约占世界耕地总量的1/3。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入,沿海海拔5 m以下地区都将受到影响,这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。一部分沿海城市可能要迁入内地,大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化,不适于粮食生产。同时,对江河中下游地带也将造成灾害。当海水入侵后,会造成江水水位抬高,泥沙淤积加速,洪水威胁加剧,使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注,目前正在推进制订国际气候变化公约,减少二氧化碳的排放已经成为大势所趋。

科学家预测,如果我们现在开始有节制的对树木进行采伐,到2050年,全球暖化会降低5%。

影响

环境影响

沙漠化会随着温室效应进一步加速

(1) 气候转变:‘全球变暖’

温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外,地球的气候因此需要转变来使吸取和释
温室效应使沙漠化加速

放辐射的份量达至新的平衡。 这转变可包括‘全球性’的地球表面及大气低层变暖,因为这样可以将过剩的辐射排放出外。虽然如此,地球表面温度的少许 上升可能会引发其他的变动,例如:大气层云量及环流的转变。当中某些转变可使地面变暖加剧(正反馈),某些则可令变暖过 程减慢(负反馈)。   

利用复杂的气候模式,‘政府间气候变化专门委员会’在第三份评估报告估计全球的地面平均气温会在2100年上升1.4至5.8℃。这预计已考虑到大气 层中悬浮粒子倾于对地球气候降温的效应与及海洋吸收热能的作用 (海洋有较大的热容量)。但是,还有很多未确定的因素会影响 这个推算结果,例如:未来温室气体排放量的预计、对气候转变的各种反馈过程和海洋吸热的幅度等等。   

(2) 地球上的病虫害增加   

温室效应可使史前致命病毒威胁人类   

美国科学家近日发出警告,由于全球气温上升令北极冰层溶化,被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日,导致全球陷入疫症恐慌,人类生命受到严重威胁。   

纽约锡拉丘兹大学的科学家在最新一期《科学家杂志》中指出,早前他们发现一种植物病毒TOMV,由于该病毒在大气中广泛扩散,推断在北极冰层也有其踪迹。于是研究员从格陵兰抽取 4块年龄由 500至14万年的冰块,结果在冰层中发现TOMV病毒。研究员指该病毒表层被坚固的蛋白质包围,因此可在逆境生存。   

这项新发现令研究员相信,一系列的流行性感冒、小儿麻痹症和天花等疫症病毒可能藏在冰块深处,目前人类对这些原始病毒没有抵抗能力,当全球气温上升令冰层溶化

温室效应加剧,雪山逐步融化

时,这些埋藏在冰层千年或更长的病毒便可能会复活,形成疫症。科学家表示,虽然他们不知道这些病毒的生存希望,或者其再次适应地面环境的机会,但肯定不能抹煞病毒卷土重来的可能性。   

(3) 海平面上升   

有关温室效应后果的漫画假若‘全球变暖’正在发生,有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南 极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。预期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之间。   

全球暖化南太小岛即将没顶   

全球暖化使南北极的冰层迅速融化,海平面不断上升,世界银行的一份报告显示,即使海平面只小幅上升1米,也足以导致5600万发展中国家人民沦为难民。而全球第一个被海水淹没的有人居住岛屿即将产生——位于南太平洋国家巴布亚新几内亚的岛屿卡特瑞岛,目下岛上主要道路水深及腰,农地也全变成烂泥巴地。   

(4)气候反常,海洋风暴增多   

(5)土地干旱,沙漠化面积增大

对人类生活的潜在影响

(1)经济的影响   

美丽的马尔代夫可能将永远消失全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内,其中大部份住在海港 附近的城市区域。所以,海平面的显著上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害,例如:加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、 地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。   

(2)农业的影响   

实验证明在CO2高浓度的环境下,植物会生长得更快速和高大。但是,‘全球变暖’的结果可会影响大气环流,继 而改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球变暖’对各地区性气候的影响,以致对植物生态所 产生的转变亦未能确定。   

(3)海洋生态的影响   

沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类,尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可会减少淡水鱼的品种数目,相反该地区海洋鱼类的 品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所受的影响仍未能清楚知道。   

(4)水循环的影响   

全球降雨量可能会增加。但是,地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更多雨量,但有些地区的雨量可能会减少。此外 ,温度的提高会增加水份的蒸发,这对地面上水源的运用带来压力。   

科学家预测:如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展

企鹅生活环境变差

,到2050年全球温度将上升2-4℃,南北极地冰山将大幅度融化,导致海平面大大上升,一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中,其中包括几个著名的国际大城市:纽约,上海,东京和悉尼。   

相关信息

农地积水疟疾肆虐   

穿着传统服饰向来乐天知命的卡特瑞岛人,几百年来遗世独立,始终保持着传统生活模式,但他们却因人类对环境的破坏造成全球暖化,令他们将面临被海水淹没的命运。卡特瑞岛环保人士保罗塔巴锡说:‘他们已经持续被海洋力量攻击,还有持续不断的洪水,原有的地区都被改变了,被破坏殆尽,几乎所有的地方都被海水淹没了。’   

不堪的是,招致蚊子苍蝇丛生,疟疾肆虐。   

专家预测,过不了几年,卡特瑞岛将被完全淹没在海里,全岛居民迁村撤离势在必行。   

亚马逊雨林逐渐消失   

而位于南美洲、全世界面积最大的热带雨林——亚马逊雨林正渐渐消失,让全球暖化危机雪上加霜。   

号称地球之肺的亚马逊雨林涵盖了地球表面5%的面积,制造了全世界20%的氧气及30%的生物物种,由于遭到盗伐和滥垦,亚马逊雨林正以每年7700平方英里的面

马尔代夫可能永远消失

积消退,相当于一个新泽西州的大小,雨林的消退除了会让全球暖化加剧之外,更让许多只能够生存在雨林内的生物,面临灭种的危机,在过去的40年,雨林已经消失了两成。   

新的冰川期来临   

全球暖化还有个非常严重的后果,就是导致冰川期来临。   

南极冰盖的融化导致大量淡水注入海洋,海水浓度降低。“大洋输送带”因此而逐渐停止:暖流不能到达寒冷海域;寒流不能到达温暖海域。全球温度降低,另一个冰河时代来临。北半球大部被冰封,一阵接着一阵的暴风雪和龙卷风将横扫大陆。

对策

 迄今为止,我们无法提出有效的解决对策,但是退而求其次,至少应该想尽办法努力抑制排放量的增长,不可听天由命任凭发展。   

首先,暂订2050年作为目标。如果按照目前这种情势发展下去,综合各种温室效应气体的影响,预计地球的平均气温届时将要提升两度以上。一旦气温发生如此大幅提升,地球的气候将会引起重大变化。   

因此为今之计,莫过于竭尽所能采取对策,尽量抑制上升的趋势。目前国际舆论也在朝此方向不断进行呼吁,而各国的研究机构亦已提出各种具体的对策方案。   

可惜仔细检视各种方案之后,迄今尚未发现任何一项对策足以独挑大梁解决问题。因此,有必要寻求一切可能性,全面考量这些对策方案究竟具有何等效果。   

一、全面禁用氟氯碳化物   

实际上全球正在朝此方向推动努力,是以此案最具实现可能性。倘若此案能够实现,对于2050年为止的地球温暖化,根据估计可以发挥3%左右的抑制效果。   

二、保护森林的对策方案   

今日以热带雨林为生的全球森林,正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策,便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏,另一方面实施大规模的造林工作,努力促进森林再生。目前由于森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳,根据估计每年约在1~2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划,到了2050年,可能会使整个生物圈每年吸收相当于0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低7%左右的温室效应。

三、汽车使用燃料状况的改善   

日本汽车在此方面已获技术提升,大幅改善昔日那种耗油状况。但在美国等地,或许是因油藏丰富,对于省油设计方面,至今未见有何明显改善迹象,仍旧维持过度耗油的状况。因此,该地区生产的汽车在改善燃油设计方面,具有充分发挥的余地。由于此项努力所导致的化石燃料消费削减,估计到了2050年,可使温室效应降低5%左右。   

四、改善其他各种场合的能源使用效率   

是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活,到处都在大量使用能源,其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此,对于提升能源使用效率方面,仍然具有大幅改善余地,这对2050年为止的地球温暖化,预计可以达到8%左右的抑制效果。   

五、对化石燃料的生产与消费,依比例课税   

如此一来,或许可以促使生产厂商及消费者在使用能源时有所警惕,避免作出无谓的浪费。而其税金收入,则可用于森林保护和替代能源的开发方面。   

任何化石燃料一经燃烧,就会排放出二氧化碳来。惟其排放量会因化石燃料种类而有不同。由于天然瓦斯的主要成分为甲烷,故其二氧化碳排放量要比煤炭、石油为低。同样是要产生一千卡的热量,煤炭必须排放相当于0.098公克碳量的二氧化碳;这在石油则为0.085公克;若是换成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。  

因此,有人提案依照天然瓦斯、石油、煤炭的顺序予以加重课税。譬如生产方面,要对二氧化碳排放量较高的煤炭,以能量换算,每十亿焦耳课税0.5美元,而对天然瓦斯则只课税0.23美元。亦即二氧化碳排放量愈高的化石燃料课税愈重。至于消费方面的情形亦复加此,其课税比例在煤炭订为23%,在天然瓦斯订为13%。  

当然,现今阶段只不过是有这么一个构想而已。但若果真付诸实行,可望对于2050年为止的地球温暖化,提供大约5%的抑制效果。   

六、鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源   

因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯,此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大,顶多只有1%的程度左右。   

七、汽机车的排气限制   

由于汽机车的排气中,含有大量的氮氧化物与一氧化碳,因此希望减少其排放量。这种作法虽然无法达到直接削减二氧化碳的目的,但却能够产生抑制臭氧和甲烷等其他温室效应气体的效果。预计将对2050年为止的温暖化,分担2%左右的抑制效果。   

八、鼓励使用太阳能   

譬如推动所谓“阳光计划”之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少,因此对于降低温室效应具备直接效果。不过,就算积极推动此项方案,对于2050年为止的温暖化,只具4%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。   

九、开发替代能源   

利用生物能源(Biomass Energy)作为新的干净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料,藉以取代石油等既有的高污染性能源。   

十、彻底、简单、最佳方案   

地球表面的C循环: 从大气中的CO2 经过植物的光合作用,变成C 经过,植物的呼吸作用、 自然分解者分解、燃烧、 动物的呼吸作用等等化学|生物过程,变成CO2,重新返回大气。