这里有最详细的答案 什么是温室效应

温室效应(英文:Greenhouse effect)是指地球大气层吸收辐射能 , 使地球表面变暖的效应 。
温室效应示意图
因为温室效应 , 星球表面温度会比没有大气层时高 。过去认为其机理与温室类似 , 故称“温室效应” 。许多研究指出 , 人为因素使地球上的温室效应异常加剧 , 导致全球变暖效应 。
太阳辐射主要是短波辐射 , 地面辐射和大气辐射是长波辐射 。大气长波辐射的吸收强于短波辐射 。白天 , 当太阳照射到地球上时 , 一部分能量被大气吸收 , 一部分被反射回宇宙 , 约47%的能量被地球表面吸收 。夜晚 , 地球表面将白天吸收的热量以红外线的形式向宇宙辐射 , 一部分被大气吸收 。
就像大气层被玻璃覆盖的温室 , 保持一定的热量 , 这样地球就不像没有大气层的月球 , 受到太阳照射时温度急剧上升 , 没有照射时温度急剧下降 。一些理论认为 , 由于温室气体的增加 , 整个地球保留的热能增加 , 导致全球变暖 。
如果没有温室效应 , 地球将会太冷而不适合人类居住 。据估计 , 如果没有大气层 , 地球表面的平均温度将是18℃ 。正是温室效应使地球的平均温度保持在15℃ 。然而 , 目前过多的温室气体导致地球平均温度高于15℃ 。
目前 , 人类活动增加了大气中温室气体的含量 。燃烧化石燃料排放的气体以及水蒸气、二氧化碳、甲烷等 。 , 通过红外辐射吸收和保留能量 , 导致全球地表温度上升 , 加剧温室效应 , 造成全球变暖 。为了解决这一问题 , 联合国制定了《气候变化框架公约》 , 以控制温室气体的排放 , 防止地球温度上升 , 从而影响生态和环境 。
历史约瑟夫·傅立叶在1824年提出了温室气体存在的观点 , 克劳德·普雷特在1827年加强了这一论点 , 并在1838年提出了相关证据 , 约翰·廷达尔也在1859年用实验数据验证了这一观点 。1896年 , 斯万托古斯特·阿伦尼乌斯也证实了这一效应 。然而 , 这些科学家并没有使用“温室效应”这个术语来描述这种现象 , 直到1901年尼尔斯·古斯塔夫·埃克霍尔姆才开始使用这个术语 。
1917年 , 亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)提到“(未被发现的化石燃料燃烧)会造成类似温室效应” 。因此 , 贝尔还提倡其他替代能源 , 比如太阳能 。
机制地球会吸收太阳释放的电磁辐射 , 如紫外线、可见光、近红外线等 。在大气上端可以接收到的所有辐射能量中 , 大气和云层会将26%的能量反射到空间空 , 而大气和云层本身会吸收19%的能量 。剩余的能量大部分被地球表面吸收 , 因为地球表面的温度比太阳冷得多 , 所以地球释放的远红外线波长比太阳释放的电磁波波长长得多 。大部分热辐射被大气吸收 , 会使大气温度升高 。大气不仅吸收太阳释放的电磁波和地球的热辐射 , 还从优优资源网地面的感热和潜热通量中接收能量 。大气向上和向下辐射能量 , 有友资源网向下辐射的能量有一部分被地表吸收 , 所以地表温度会比没有大气时高 。
大气上空和海平面上太阳辐射光谱的差异
如果一个具有理想热导率的黑 于地球位置 , 接收太阳辐射的热量 , 其温度将为5.3℃左右 , 但由于地球反射了约30%的太阳辐射能量 , 其理想有效温度(黑体辐射热量和吸收热量的温度)应为18℃ , 上述假想行星的表面温度(18℃)比地球平均表面温度(14℃)低约33度 。
上述基本机制可以用很多方式量化 , 这些方式都不会影响基本机制 。近地面的大气不会吸收热辐射(除了在温室效应对应的波段) , 从地面散失的热量大部分是由于感热和潜热的传播 。大气层中的高度越高 , 因为水蒸气(一种重要的温室气体)的浓度降低 , 其辐射的热量损失越大 。温室效应可以看作是在对流层中部增加了一个“地表” , 地表的特性可以根据气温的垂直下降率进行调整 。这个简单的模型假设温度处于稳定状态 , 但实际温度会因昼夜循环、季节循环、气候的变化而发生变化 。到了晚上 , 由于大气的发射率低 , 大气的温度会低一些 , 但变化不大 。昼夜温度变化会随着高度降低 。
在辐射效应显著的区域 , 更接近上述理想温室效应所描述的情况 。地球表面温度约为255 K , 会发出波长约为4–100m的长波红外线 。温室气体对入射的太阳辐射是透明的(既不吸收也不反射) , 但它们可以吸收这个波长的能量 。每一层有温室气体的大气层都会吸收一部分从下面散发的能量 , 然后向上向下散发 , 这样散发的能量和吸收的能量就能达到一个平衡 。所以大气层越低 , 就越暖和 。增加温室气体的浓度也会增加吸收和重新释放的能量 , 从而使大气变暖 , 最终使地面变暖 。
温室气体包括大部分由两种不同原子组成的双原子气体(如一氧化碳)和所有由三个或三个以上原子组成的气体 , 它们能吸收和发射红外辐射 。虽然99%的干燥大气(氧气、氮气和氩气)不能吸收和发射红外线 , 但温室气体吸收和发射的能量可以通过分子间碰撞转移到其他非温室气体 。
温室气体
大气中的气体只吸收某一频段的能量 , 对其他频段的辐射是透明的 。
附图显示水蒸气和(蓝色部分)与二氧化碳(粉红色部分)的吸收光谱在某些区域有重叠 。二氧化碳引起的温室效应相对于水蒸气来说 , 其实没有那么强 , 但是二氧化碳会吸收12-15m波长的能量 , 这种波长接近地球表面 , 自然会辐射到too 空的波长范围 , 而水蒸气不会 。
如果按对全球温室效应的影响排名 , 前四种气体是:
水蒸气 , 36–70%(但未列入温室气体)
二氧化碳 , 9-26%
甲烷 , 4–9%
臭氧 , 3–7%
由于各种气体的吸收和释放光谱存在重叠 , 在实际应用中很难定义每种气体对温室效应的贡献程度 。非气体也可能造成温室效应 , 其中最主要的是云 , 云也可以吸收和释放红外辐射 , 所以对大气中的辐射特性也有一定的影响 。
对气候变化的影响
毛洛亚火山天文台测得的基林曲线 , 这是大气中二氧化碳的浓度 。
人类活动导致温室效应的增强 , 称为增强(或人为)温室效应 。人类活动对辐射驱动力的增加是大气中二氧化碳增加的原因 。根据 间气候变化专门委员会最近的评估报告 , “在过去的80万年里 , 大气中二氧化碳、甲烷和一氧化氮的浓度达到了前所未有的水平 。这些气体的影响和其他人类行为影响了气候系统 , 这可能是20世纪以来观测到的变暖的主要原因 。”
二氧化碳是由化石燃料的燃烧及其活动(如水泥制造和热带森林砍伐)造成的 。毛罗亚火山观测站测量的二氧化碳浓度已经从1960年的313ppm增加到2010年的389 ppm 。2013年5月9日达到400 ppm的里程碑 。目前 , 观测到的CO2浓度已经超过冰芯数据中的地质记录更大值(约300 ppm) 。燃烧产生的二氧化碳对整体气候的影响是温室效应的之一个提案 , 由Svantogust Arrhenius于1896年提出 。
在过去的80万年里 , 冰芯数据中二氧化碳的更低记录值是180 ppm , 工业革命前是270 ppm 。古气候学认为 , 二氧化碳的变化是造成该时间尺度气候友好资源 变化的主要因素 。
真正的温室
现代温室
温室效应是以被太阳加热的温室命名的 。许多资料解释提到 , 温室内的温度较高是因为太阳的紫外线、可见光和红外线透过玻璃照射到温室内 , 被温室内的地面和内容物吸收 。由于温度较高 , 会发出波长较长的红外线 。而玻璃大棚使用的其他材料是不能让红外线通过的 , 所以红外线无法通过辐射传递到大棚外 。而温室是一个封闭空的房间 , 不能通过对流向边界传热 , 所以温室内的室温是升高的 。温室效应是因为吸收红外线的温室气体(如二氧化碳和甲烷)与温室中的玻璃有相似的效果 。而且地球没有足够的空气体离开地球 , 所以不会进行对流传热 。
但是地球的温室效应和温室里的室温升温效应是不一样的 , 并不是因为温室效应导致室温升高 。温室室温升高的主要原因是阳光照射进温室 , 但室内的热量无法通过对流传递到室外 。温室效应使地球变热 , 因为温室气体吸收辐射能 , 使大气变暖 , 然后将部分能量释放回地面 。
温室将由允许阳光透过的材料制成 , 主要是塑料或玻璃 。室温升高的原因是阳光温暖了温室内的地面和内容物 , 进而间接提高了室温 。因为温室是一个封闭的空房间 , 所以空气体的温度会持续上升 , 这与室外热空气体不同 , 室外热空气体与冷空气体混合 。如果打开温室里的一扇小窗 , 室内温度会迅速下降 。罗伯特·伍德在1909年进行了一项实验 , 用石盐(一种能穿透红外线的材料)作为温室的材料 。如果温室的玻璃因为温室的室温升高而不能让红外线通过 , 那么用石盐做的温室应该没有这种效果 , 但是它的室温和玻璃差不多 。所以温室的原理是防止室内空空气和室外对流 , 从而使室内温度更高 。
现在很多定量研究指出 , 温室避免红外辐射传热的效果不是温室原理的主要原因 , 但它的传热量是有一定量的 。对温室效率的经济考虑还是有一定影响的 。有研究在温室内部放置了对红外线反射系数高的窗帘 , 研究了近红外线的辐射 , 发现对热量的需求减少了8% 。这项研究还建议 , 透明的表面应该涂上染料 。
其他星球的温室效应在太阳系中 , 火星和金星也有温室效应 。金星大气的主要成分是二氧化碳 , 所以温室效应的问题相当明显 。平均温度比离太阳更近的水星高 。土卫六的大气层会吸收太阳辐射 , 但不会吸收红外辐射 , 因此它将具有反温室效应 , 这将降低其温度 。冥王星的大气温度也比预期的冷 , 因为其中氮的蒸发使大气变冷 。
【这里有最详细的答案 什么是温室效应】如果温室效应中的正反馈导致所有温室气体蒸发到大气中 , 则称为失控温室效应 。例如 , 金星认为二氧化碳和水蒸气导致了失控的温室效应 。