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如何 “科学地” 聊气候变化 (三):水蒸气算不算温室气体?

已有 15067 次阅读 2021-11-10 17:20 |系统分类:科普集锦

是!

而且有很强的温室效应!!

但无所谓,毕竟下场雨问题就解决了!!!

但是二氧化碳不行,科学依据如下

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温室气体有哪些?

        大气中的温室气体,水蒸气的占大是最大的。除了水蒸气之外,还有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧,然后是人造的氟氯化碳。

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大气中的温室气体

        饼状图恐怕是看出各个成分占比情况的最好办法了。下图就体现了大气中各种气体的占比情况。左边:水蒸气是大气中占比最多的温室气体,其次是二氧化碳。右边:仅考虑干燥的大气(假设空气中无水蒸气),二氧化碳是占比最多的,其次是甲烷、一氧化二氮,然后是氟氯化碳(思考:人造的,是什么东西里有?)。 

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大气中的各种温室气体的分布饼状图。左边:大气;右边:无水情况下的干燥大气

为什么不考虑水蒸气?

        既然水蒸气是大气中最丰富、最重要的温室气体,那么当我们在考虑全球变暖的问题时,为什么更多地提到碳中和,而不提水呢?个人理解主要原因有以下两个。

        第一,水对于气候变化而言,更是一种反馈,而不是驱动力。毕竟空气中水蒸气多了,下场雨(放在东北,也可能是场大雪)就是了。

        水是唯一一个可以三种形式共存的物质:水蒸气可以凝结成液态水,也可以冻成固体冰。因为水蒸气是可冷凝的,它不同于其他温室气体。水蒸气虽能吸热,但它不会改变温度变化。相反,水蒸气会根据温度变化来调节自己的存在形式。这就是所谓的“水蒸气不是气候变化的驱动因素,而更多的是对温度变化的反馈”。其实,我们甚至可以通过温度,来计算出大气中水蒸气的浓度(见下图)。因此,我们认为水蒸气不是驱动气候变化的因素,只是大气的温度的一个体现。

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        空气的相对湿度作为温度的函数关系。不同温度下,海平面上方空气中水蒸气的饱和浓度(相对湿度)与温度的关系。图中公式看起来复杂,但实际上很简单,因为等式右边只有一个变量温度。温度越高,空气能容纳的水蒸气越多。


       第二,水蒸气对与温室效应的反馈十分复杂(既有正面的,也有负面的),很难准确地评估。正反馈:空气中水蒸气多了,就会吸收更多的红外辐射,而且会使地球更加温暖。同时,云量多了以后,云层的反照率也会增加,这是一个负反馈。见下图。

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        那么,在谈及气候变化时,要处理的到底是哪些温室气体呢?

        首先水蒸气它不是温室效应的驱动因素,同时它变化多端,难以处理(但这并不代表水蒸气不是温室气体)。因此,我们在处理气候变化时,我们常常忽略水蒸气,只看干燥的大气。

        忽略水蒸气后,干燥大气中含的各种气体的体积百分比如下(见下图):氮气78%)和氧气(21%)最多,是大气中的主要气体。但是这两种双原子分子的偶极矩都为零,因此它们都不是温室气体。氩是第三丰富的气体,但它是惰性气体,也没有反应,不属于温室气体。接下来就是二氧化碳了,占整个大气的0.9%。注意,下图的制作时间不详了,但一定不是最新的数据了。因为图中说二氧化碳占比0.3%,但我们现在测到的浓度已经达到了0.4%(400ppm)。可见,二氧化碳是干燥大气中最重要的温室气体;而且大气中的二氧化碳浓度近年来的确是增加了,人类的工农业活动影响不可忽视;我们此刻的行为会影响到我们子孙后代生活的环境。为了孩子好,要有意识,有行动。 

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干燥大气中各种气体的体积百分比


自我反思:实话讲,我也只是喊喊口号,不确定我能为气候变化做些什么。目前也就是偶尔会唠叨下家人:“能骑车不开车, 送人礼物不是包装要多么奢华、手写小卡片可能更走心,尽量别扔东西、洗洗更健康还能用,时尚不是一味买买买、懂得循环利用更彰显个性,出去买菜自己带个布袋子/网兜,千万别买了20元的菜、还搞回家10个槊料袋子叠叠叠,花了五百元住了酒店、还带回家一堆小木梳、小牙膏、一次性浴帽(值得欣慰的是至少现在槊料包装得越来越少了)。。。。。。”

        或许暂时还没做到也没有关系,至少已经意识到了。。。。。

        或许暂时还不清楚我还可以做哪些也没有关系,至少我还没有放弃思考。。。。。。

        气候在变化,行动迫在眉睫呢。

        今年刚入冬,东北的暴雪未停,有那么两天两夜了??已经从入冬初雪的浪漫到了停工停课的地步,真是令远方游子的担忧啊!接下来,如果仍更多财产损失、更多生活受到影响,那么“窗外大雪纷飞,屋内热火朝天”的场景也就没有那么美好了。

        行动起来,才得以让“老婆孩子热坑头”的幸福传递下去。

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本文部分内容来源于地球科学通识课(2021/22学年度为大学一年级学生开设)的“气候变化”主题的第二节(共六节)。图片内的英文来自授课教师David Hodell。另外,感谢妈妈的亲笔批注。

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