温室效应原理与全球变暖——轻松理解

温室效应真的是一种坏现象吗?其实地球之所以适合生命居住,正是因为有温室效应。让我们从原理开始,一步步看清真正的问题在哪里。

什么是温室效应?

地球接收太阳光变暖,又以红外线的形式向太空散热。大气中的温室气体会吸收其中一部分红外线,并向各个方向重新辐射,有一部分回到地表,使地表附近的温度得以维持,这一自然现象就是温室效应。这个名称来自温室大棚的类比,但实际的大棚主要靠阻挡空气流动来保温,原理并不完全相同。

代表性温室气体的种类

二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、水蒸气、臭氧、氟利昂类等是代表性温室气体。水蒸气在自然界中含量最多,但其含量随气温变化,因此被人类活动大幅增加的二氧化碳和甲烷,成为近年来全球变暖讨论的核心。不同气体锁住热量的能力(全球变暖潜能值)和在大气中停留的时间各不相同。

不同气体的强度和寿命

全球变暖潜能值用来衡量在一定时期内(通常为100年),某种气体相对于二氧化碳1的升温效果。IPCC第六次评估报告中,甲烷大约在27到30之间,氧化亚氮约为270。甲烷作用强,但在大气中的寿命只有约十年左右;氧化亚氮能停留一百年以上;二氧化碳的影响有一部分会持续数百到数千年。因此不同气体的减排思路并不相同。

自然温室效应 vs 人为强化的温室效应

如果没有温室效应,地球的平均气温将降到零下十几摄氏度,远低于目前约15摄氏度的水平。真正的问题并非温室效应本身,而是工业化以后,化石燃料燃烧和森林砍伐等使温室气体浓度快速上升,效应被增强。温室效应与全球变暖相关,但并不是同一概念。

二氧化碳浓度究竟增加了多少?

工业化以前,大气中二氧化碳浓度约为280ppm,近年已超过420ppm。夏威夷冒纳罗亚观测站报告,2024年的年平均值约为424ppm。数据每年更新,而且随季节波动(北半球春季通常出现年内峰值),需要最新数值时,请查阅中国气象局或美国NOAA等机构的官方发布。浓度比工业化以前显著升高且仍在上升,是被广泛认可的事实。

已观测到的升温

世界气象组织(WMO)指出,2024年全球平均气温比1850至1900年平均值高约1.55摄氏度,很可能是第一个超过1.5摄氏度的日历年。不过WMO也强调,《巴黎协定》的长期目标是以数十年的平均值来衡量的,单一年份的超出不意味着目标已经落空。另外,2024年还叠加了厄尔尼诺的影响。

加速变暖的反馈效应

气温上升会使冰雪减少、反照率下降,吸收更多阳光,进一步升温;永久冻土融化还可能释放甲烷。另外,气温越高,大气含有的水蒸气越多,而水蒸气本身就是温室气体,因此会放大变暖。云和植被变化等反馈作用则存在较大不确定性,这是气候预测范围的原因之一。

海洋和森林吸收了多少

人类排放的二氧化碳,大约有一半被海洋和陆地植物吸收,其余留在大气中。海洋还储存了变暖产生的大部分额外热量。海洋吸收二氧化碳会使海水偏酸,即海洋酸化,对珊瑚和贝类造成影响。吸收的比例并不固定,未来可能发生变化。

"减缓"与"适应"的区别

应对气候变化的措施大致分为两类:通过减少排放抑制原因的"减缓",以及为已经无法避免的影响做准备的"适应"。减缓包括节能和发展可再生能源;适应包括应对高温的措施、增强城市防洪防涝能力、改良农作物品种等。一般认为两者缺一不可。

变暖与海平面上升

海平面上升主要有两个原因:海水受热膨胀,以及陆地冰川和冰盖融化后水量进入海洋。已经漂浮在海上的海冰融化,对海平面的直接影响很小。海平面上升的速度和幅度取决于未来的排放情景,沿海低地、岛屿和三角洲地区受到的影响通常更大。

为什么容易与臭氧层破坏混淆

温室效应(热量问题)与臭氧层破坏(紫外线防护层变薄)是原因和影响都不同的两个环境问题。不过氟利昂类物质既破坏臭氧层,又是强效温室气体,所以常被一起提到。臭氧层破坏主要与紫外线引起的皮肤癌、白内障风险有关,温室效应增强则主要与升温和极端天气有关。

如果完全没有温室效应会怎样?

如果没有温室气体,地球留不住热量,平均气温会大幅下降,难以维持生命。几乎没有大气的月球昼夜温差极大,是常被提到的对比。反过来,以二氧化碳为主要成分的稠密大气让金星的地表温度达到约460摄氏度。可见温室效应的强度需要适中。

人们是什么时候认识到温室效应的?

大气能保温的性质,从19世纪起就受到研究。傅里叶思考过地球的温度,廷德尔通过实验证明水蒸气和二氧化碳能吸收红外线,阿伦尼乌斯在19世纪末计算了二氧化碳变化对气温的影响。也就是说,温室效应的基本物理原理一百多年前就已为人所知。现代气候科学则借助观测和数值模型,把这种认识推向定量化。

生活与排放有什么联系

二氧化碳排放的大部分来自煤、石油和天然气的燃烧,主要来源是发电、交通、工业和建筑供暖制冷。甲烷主要来自畜牧、水稻种植、废弃物和化石燃料开采,氧化亚氮主要来自农业施肥。个人可以通过节能、调整出行方式、使用可再生能源等方式减排,但不同做法的效果差别很大,社会层面的制度也有重要影响。想进一步了解,可以查阅气象部门和IPCC评估报告中的概要。例如,电力来源的结构、公共交通和建筑节能标准,往往比个人的某一次选择影响更大。

最新观测数据会持续更新

本页提到的数值是帮助理解整体趋势的近似值。气候数据会因观测机构和时间点不同而不断更新,需要最新官方统计时,请查阅中国气象局或世界气象组织(WMO)等权威机构发布的数据。如果对ESG、碳中和、漂绿等相关术语感兴趣,可以一并参阅可持续发展·ESG术语词典,以便更系统、更全面地理解相关概念。

常见问题

温室效应和全球变暖是同一个意思吗?

严格来说不同。温室效应指大气留住热量这一自然现象本身,全球变暖则指这种效应被人类活动增强,导致地球平均气温上升的结果。温室效应本身是生命所必需的。

减少温室气体真的有效果吗?

许多温室气体会在大气中长期停留,所以减排后气温不会马上下降。但如果不减少排放,浓度会不断累积,因此从长远看,减排被认为是延缓变暖速度的关键方法。

水蒸气是最大的温室气体,那减少二氧化碳还有意义吗?

水蒸气的量主要由气温决定,人类直接增减的量很有限。二氧化碳等使气温上升后,大气能容纳的水蒸气增多,又进一步增强变暖,所以水蒸气更像是放大器。这就是减少二氧化碳仍然重要的原因。

有寒冷天气,说明地球没在变暖吗?

天气是短期波动,气候是长期平均。出现寒潮或大雪,并不与全球平均气温长期上升矛盾。判断时需要看多年到数十年的平均。

1.5摄氏度这个数字是什么意思?

《巴黎协定》提出把全球平均气温升幅控制在比工业化前高出远低于2摄氏度,并努力限制在1.5摄氏度以内。这是按长期平均而不是单一年份来评估的目标。