什么是温室效应(这里有最详细的答案)

温室效应(英语:Greenhouse effect)是指行星的大气层因为吸收辐射能量,使得行星表面升温的效应 。

什么是温室效应(这里有最详细的答案)
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温室效应的原理图
由于温室效应,行星表面温度会比没有大气层时的温度要高 。以往认为其机制类似温室使其中气温上升的机制,故名为“温室效应” 。不少研究指出,人为因素使地球上的温室效应异常加剧,而造成全球暖化的效应 。
太阳辐射主要是因为短波辐射,而地面辐射和大气辐射则是长波辐射 。大气对长波辐射的吸收力较强,对短波辐射的吸收力较弱 。白天时,太阳光照射到地球上,部分能量被大气吸收,部分被反射回宇宙,大约47%的能量被地球表面吸收 。晚上地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的热量,其中也有部分被大气吸收 。
大气层像覆盖玻璃的温室一样,保存了一定的热量,使得地球不至于像没有大气层的月球一样,被太阳照射时温度急剧升高,不受太阳照射时温度急剧下降 。一些理论认为,由于温室气体的增加,使地球整体所保留的热能增加,导致全球暖化 。
如果没有温室效应,地球就会冷得不适合人类居住 。据估计,如果没有大气层,地球表面平均温度会是?18℃ 。正是有了温室效应,使地球平均温度维持在15℃,然而当下过多的温室气体导致地球平均温度高于15℃ 。
目前,人类活动使大气中温室气体含量增加,由于燃烧化石燃料及水蒸气、二氧化碳、甲烷等产生排放的气体,经红外线辐射吸收留住能量,导致全球表面温度升高,加剧温室效应,造成全球暖化 。为了解决此问题,联合国制定了气候变化框架公约,控制温室气体的排放量,防止地球的温度上升,影响生态和环境 。
历史约瑟夫·傅里叶在1824年就提出有温室气体存在的想法,1827年时克劳德·普雷特也加强了此论点,并在1838年提出相关的证据,1859年时约翰·廷德尔也用实验数据验证 。1896年时斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯也确认了此一效应 。不过这些科学家都没有用“温室效应”来描述此一现象,一直到1901年尼尔斯·古斯塔夫·埃科赫姆才开始使用此一名词 。
1917年时亚历山大·格拉汉姆·贝尔提到“(未检测到的化石燃料燃烧)会造成类似温室的效应” 。因此贝尔也倡导其他的替代能源,例如太阳能 。
机制地球会吸收太阳释放的电磁波辐射如紫外线、可见光以及近红外线 。在大气层上端可接收到的所有辐射能中,大气和云会反射26%的能量到太空中,而大气和云本身会吸收19%的能量 。大部分剩下的能量都是由地球表面吸收,因为地表的温度比太阳要冷很多,因此其释放的远红外线波长也比太阳释放的电磁波波长要长很多 。大部分的热辐射是由大气吸收,大气温度会因此提高,大气除了吸收太阳释放的电磁波以及地球的热辐射外,大气也会由地面的显热和潜热通量接收到能量 。大气会往上方及下方辐射能量,部分往下方辐射的能量是由地表吸收,因此地表温度会较没有大气时的地表温度要高 。
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在大气层上方及海平面上太阳辐射频谱的差异
一个理想热传导性的黑体若位在地球的位置,接收到太阳辐射的热量,其温度大约会是5.3 °C 。不过因为地球反射掉约30%的太阳辐射能量,其理想有效温度(使黑体辐射热量和其吸收热量相同的温度)应该是?18 °C 。上述假想星球的表面温度(?18 °C)较地球的平均表面温度14 °C低了约33度 。
上述基础的机制可以用许多方式来量化,而且这些方式都不会影响基础机制 。靠近地面的大气不会吸收热辐射(但在对应温室效应的波长段例外),大部分来自地表的热损失是因为显热及潜热的传播 。在大气中的高度越高,因为水蒸气(一种重要的温室气体)的浓度降低,因此其辐射的热损失会越大 。可以将温室效应视为在对流层中段加上一个“表面”,该表面的特性再根据气温垂直递减率来调整 。这个简单的模型是假设温度是在稳态的条件,不过实际的温度会因为昼夜周期、季节周期及气候的变化而变化 。在晚上,因为大气的放射率较低,大气温度会较低,但变化不大 。昼夜温度变化会随着高度而递减 。