什么叫温室效应
全球的地面平均温度约为15℃。可是，如果没有大气，根据地球获得的太阳热量和地球向宇宙空间放出的热量相等，可以计算出地球的地面平均温度应为-18℃。因此，这33℃大体就是因为地球有大气，大气像被子一样造成温室效应之故。
世界上，宇宙中任何物体都辐射电磁波。物体温度越高，辐射的波长越短。太阳表面温度约6000K，它发射的电磁波长很短，称为太阳短波辐射（其中包括从紫到红的可见光）。地面在接受太阳短波辐射而增温的同时，也时时刻刻向外辐射电磁波而冷却。地球发射的电磁波长因为温度较低而较长，称为地面长波辐射。短波辐射和长波辐射在经过地球大气时的遭遇是不同的：大气对太阳短波辐射几乎是透明的，却强烈吸收地面长波辐射。大气在吸收地面长波辐射的同时，它自己也向外辐射波长更长的长波辐射（因为大气的温度比地面更低）。其中向下到达地面的部分称为逆辐射。地面接受逆辐射后就会升温，或者说大气对地面起到了保温作用。这就是大气温室效应的原理。
地球大气的这种保温作用，很类似于种植花卉的暖房顶上的玻璃（因此温室效应也称暖房效应或花房效应）。因为玻璃也具有透过太阳短波辐射和吸收地面长波辐射的保温功能。
温室效应源自温室气体
大气中每种气体并不是都能强烈吸收地面长波辐射。地球大气中起温室作用的气体称为温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它们几乎吸收地面发出的所有的长波辐射，其中只有一个很窄的区段吸收很少，因此称为"窗区"。地球主要正是通过这个窗区把从太阳获得的热量中的70％又以长波辐射形式返还宇宙空间，从而维持地面温度不变，温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和品种，使这个70％的数值下降，留下的余热使地球变暖的。
不过，CO2等温室气体虽然吸收地面长波辐射的能力很强，但它们在大气中的数量却极少。如果把压力为一个大气压、温度为0℃的大气状态称为标准状态，那么把地球整个大气层压缩到这个标准状态，它的厚度是8000米。目前大气中CO2的含量是355ppm，即百万分之355，把它换算成标准状态，将是2.8米厚。在8000米厚的大气中就占这2.8米厚这一点点。甲烷含量是1.7ppm，相应是1.4厘米厚。臭氧浓度是400ppb（ppb为ppm的千分之一），换算后只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb，2.5毫米厚。氟里昂有许多种，但大气中含量最多的氟里昂12也只有400ppt（ppt又为ppb的千分之一），换算到标准状态只有3微米。由此可见大气中温室气体之少。也正因为如此，所以人为释放如不加限制，便很容易引起全球迅速变暖。
早在1938年，英国气象学家卡林达在分析了19世纪末世界各地零星的CO2观测资料后，就指出当时CO2浓度已比世纪初上升了6％。由于他还发现从上世纪末到本世纪中叶全球也存在变暖倾向，因而在世界上引起了很大反响。为此，美国斯克里普斯海洋研究所的凯林于1958年在夏威夷的冒纳罗亚山海拔3400米的地方建立起了观测所，开始了大气中CO2含量的精密观测。由于夏威夷岛位于北太平洋中部。，因而可以认为它不受陆地大气污染影响，观测结果有可靠性。
1958年4月到1991年6月，人们对冒纳罗亚山大气中CO2的浓度进行了观测，发现1958年大气中CO2含量不过315ppm左右，而1991年已经达到了355ppm。问题的严重性还在于，目前（1996年）人类每年燃烧55亿吨化石燃料（每吨约产生4吨CO2）中，大约只有一半进入了大气，其余一半主要被海洋和陆地植物所吸收。一旦海洋中CO2达到饱和，大气中CO2含量将成倍上升。此外，他们还发现CO2含量还有季节变化，冬夏可以相差6ppm。这主要是由于北半球广阔大陆上植被冬枯夏荣的结果，也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大气中CO2浓度相对降低。
根据对南极和格陵兰大陆冰盖中密封的气泡中空气的CO2浓度测定，过去长期以来大气中CO2含量一直比较稳定，大体是280ppm左右。只是从18世纪中叶，即工业革命前后开始稳定上升。即人类用了240年时间，使大气中CO2浓度从280ppm上升到355ppm。
甲烷是仅次于CO2的重要温室气体。它在大气中的浓度虽比CO2少得多，但增长率则大得多。据联合国政府间气候变化委员会（IPCC）1996年发表的第二次气候变化评估报告（《报告》），从1750-1990年共240年间CO2增加了30％，而同期甲烷却增加了145％。甲烷也称沼气，是缺氧条件下有机物腐烂时产生的。例如水田，堆肥和畜粪等都会产生沼气。一氧化二氮又称笑气，因为吸入一定浓度的这种气体后会引起面部肌肉痉挛，看上去像在发笑一样。主要是使用化肥，燃烧化石燃料和生物体所产生。大气中的臭氧含量，在平流层中虽有减少，但在对流层中是增加的，这在后面还要专门谈到。氟里昂气体是氯、氟和碳的化合物；自然界里本不存在，完全是人类制造出来的。由于它的融点和沸点都比较低，不燃，不爆，无臭，无害，稳定性极好，因此广泛用来制造制冷剂、发泡剂和清洁剂等。地球大气中浓度最高的氟里昂12和氟里昂11含量虽都极少，但过去增长率却很高，都是年增5％。由于它剧烈破坏大气臭氧层，根据1987年国际《蒙特利尔议定书》它在大气中的浓度从21世纪初开始可望逐渐减少。
应当说明，CO2以外的其他温室气体在大气中的浓度虽比CO2小得多，有的要小好几个量级，但它们的温室效应作用却比CO2强得多。因此它们对大气温室效应的贡献，根据IPCC第二次《报告》，都只比CO2低一个量级。如果说它们对地球大气温室效应的总贡献和CO2相比，在1960年以前还是很小的话，那么不久的将来便会和CO2并驾齐驱以至超过CO2，这是不可忽视的。
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