人为温室气体的温室效应可能被严重高估

1.   温室气体及其温室效应的主流结论

任何物体都时刻在向外辐射能量，物体温度越高，辐射出的能量中高频部分就越多。地球在吸收太阳辐射的同时，也在向外辐射能量。地球的温度远低于太阳，太阳辐射以高频为主，而地球辐射则是红外为主。大气中的一些气体具有吸收和辐射红外能量的能力，从而产生温室效应，使地球表面温度不至于太低，这种气体被人们称为温室气体。

地球表面的温室气体主要有水蒸汽(H₂O)，臭氧(O₃)，二氧化碳(CO₂)，甲烷(CH₄)，氧化二氮(N₂O)和氟利昂(CFC-x)。其中水蒸汽是最重要的温室气体，但由于大气中水蒸汽主要来自海洋的太阳蒸发，人为影响较小，故在人们考虑人为温室气体排放对全球气候变化的影响时，不考虑水蒸汽的作用。由于上述这些温室气体的增暖效应和在大气中滞留的时间不同。Lashof和Ahwja提出了全球变暖潜能值GWP(Global Warming Potentail)的概念，来衡量各温室气体造成温室效应的能力大小。GWP(全球变暖潜能值)是将各种气体排放水平用同一标准进行衡量比较的指标，即温室气体排放是以二氧化碳等效值来进行衡量的。它定义为单位质量某种气体排放在给定时期内，对全球变暖的影响与CO₂的相对比值，即：

GWP(t)= ∫^t₀αc(t)dt /∫^t₀α₀c₀(t)dt

其中，α表示单位质量的辐射力，c(t)表示排放后 时刻的浓度。下标0表示CO₂的相应数据。

在计算GWP时，考虑了温室气体分子的增温潜能及其生命周期，即在空气中停留的时间。但是各温室气体在大气层中的演变情况并不是非常确切地被了解和掌握。因此，‘全球变暖潜能’含有一些不确定因素，以CO₂作为相对比较，一般约在±35%。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)公布了一些温室气体GWP值，并定期以新的量度方式更新数据。GWP值一般以100年为量度标准，但是在某些分析中，也采用20年和500年的时间内积累的热量来量度GWP，原因是某些气体在大气中存留的时间较长，而其他一些气体则只能在较短的时间内保持活跃状态。主要的人为排放的温室气体的GWP值如表1所示。

 

表1    温室气体的全球变暖势(GWP)

 

温室气体总的温室效应能力取决于GWP及其在大气中的总浓度，IPCC估算出不同温室气体的变暖效应，见下表：

 

表2   主要排放温室气体对温室效应的贡献(%)

 

以上表明，CO₂是人类活动排放的温室气体中最重要的一种，CFC居其次。而CFC是引起臭氧层空洞的主要有害物质，1987年联合国“防止臭氧层损耗公约的《蒙特利尔议定书》及随后的伦敦(1990)和哥本哈根(1992)的修正案中缔约方各国明确承诺以无氟材料迅速替代CFC的人为排放，也就意味着作为全球第二大人为排放的温室气体已经和正在因国际社会的共同努力而得到控制。

在人为排放的温室气体(CO₂, CH₄, N₂O, CFC)中，虽然CO₂的GWP最小，但其浓度远大于其他温室气体，而成为人类活动产生的最大的温室气体。

2.   温室气体的温室效应可能被严重高估

诚然，温室气体的存在及其增大对全球气候变暖会有推动作用，根据不同气体的辐射力研究气体浓度增加的增暖效应的想法是好的。但是根据多元体系中组元的化学势低于同温同压下其纯组元的化学势的科学事实（参见前面的博文——大气物理学问题之一），我们有理由怀疑根据上计算的科学性和准确性。

化学势是分子微观特性的宏观表征，而温室气体的温室效应也是基于红外辐射分析的，因此化学势的高低对其红外辐射力的影响巨大。由于温室气体的温室效应没有考虑多元体系带来的影响，因此这一效应可能被严重高估。

即便上面的计算是正确的，目前IPCC公布的数据：近200年来温室气体含量的增加使辐射强迫增加了2.43W/m²。但是如果水蒸汽凝结以辐射方式释放潜热（参见前面的博文——大气物理学存在的问题之一），全球年均57.7万km³的降水量所释放的潜热为1.4425×10²¹kJ(水蒸汽潜热以L_v≈2500 kJ/kg计算)。考虑地球结构特性，如果其中的45%向地面辐射，平均达到地面的辐射强度就达40W/m²。因此，即使全球降水量仅增大0.5%，所增大的辐射能就高达2W/m²。如果考虑水蒸汽在高空直接凝华成冰，则释放的辐射能则更大。显然，水蒸汽的温室气体作用要远大于其他温室气体的作用。

而根据IPCC报告，全球降水量是明显呈上升趋势的。由于大气中的水蒸汽主要来自太阳蒸发，因此，不考虑水蒸汽及其影响的温室效应分析，事实上是直接排除自然因素对全球气候变暖的作用。

尽管温室气体增加会起到增暖的作用，但有多大的份额值得进一步研究，而基于温室气体增加等于气候变暖的基于“现象学”的分析显然是缺乏科学性和客观性的。

 

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