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温室气体与气候变化(1)

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摘要:随着人类社会经济发展环境问题越来越突出,温室气体与气候变化更是成为国际社会关注的焦点。根据政府间气候变化专门委员会IPCC第四次评估报告,在过去一百年内,即1906~2005年全球平均气温上升了0.74℃,最近50年升温约为每10年升高0.13℃,是过去100年升温的2倍,未来20年全球气温还会以每10年0.2℃的速度上升。全球变暖不可避免会引发一系列连锁反应,不管是海平面上升还是极端气候增多,其后果都不容忽视。本文将从温室气体和城市热岛两个角度来分析气候变化,对与之相关的盖亚假说也有较详细介绍。
关键词:温室效应 温室气体 源和汇 城市热岛 气候变化 盖亚假说
一、温室效应原理
正如万物生长靠太阳,太阳辐射穿透大气层到达地球表面后,地球在增温的同时也不断对外辐射能量。研究表明,在漫长的岁月中,地球的能量收入和支出基本上处于平衡状态,地表温度大致上没有什么变化。

根据热力学基本定律,任何物体辐射能量的最大值所对应的波长与该物体温度的乘积都等于同一个常数,也就是说,物体的温度越高,其辐射出的电磁波波长越短,反之亦然。太阳表面温度约为6000K,主要为短波辐射,而地球表面却是长波辐射。地球大气层中有些气体对于太阳的短波辐射几乎是透明,却能强烈吸收地面的长波辐射再以大气逆辐射的形式将大部分热量返还地表,从而使地球表面从太阳辐射获得的能量相对多,而散失到大气层以外的热量相对少,地球表面的温度维持在一个适合人类生存的水平。这就是大气的温室效应,这些气体称为温室气体,主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氟氯烃、臭氧、水蒸汽、二氧化硫以及一氧化碳等。

二、主要温室气体
IPCC第四次评估报告认为,过去50年全球平均气温升高其中90%以上与人类燃烧化石燃料排放的温室气体有关。自从1750年以来,由于人类活动的影响,全球大气CO2、CH4、N2O和CFCs的浓度显著增加,目前已经远远超出根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值。全球大气CO2的浓度增加主要是由化石燃料的使用和土地利用的变化引起的,而CH4和N2O浓度的增加主要由农业活动引起,CFCs从无到有完全是人类制造并在生产和生活中释放到大气中的。其中CO2浓度从工业化前约280ppm增加到2005年的379ppm,CH4浓度从工业化前约715ppb增加到2005年的1774ppb,N2O浓度从工业化前约270ppb增加到2005年的319ppb,CFCs从无到有,年平均以4%的速率增长。正因为这样,20世纪后半期,北半球的平均气温是过去1300年间最高的。除1996年外,最近12年,即1995~2006年全球地面平均气温是1850年以来最高的时期。按照这样的趋势发展下去,21世纪末全球平均气温将升高2.4~6.4℃。

1.二氧化碳CO2

IPCC第三次气候变化评估报告认为,气候变暖至少66%以上与人类活动排放的二氧化碳有关。全球大气CO2浓度从工业革命前的280ppm上升到了2005年的379ppm,冰芯研究表明,2005年大气CO2浓度远远超过了过去65万年来自然因素引起的变化范围180~300ppm。过去10年CO2浓度平均每年增长1.9ppm,而有连续直接测量记录以来的增长率为1.4ppm/a。18世纪中叶到20世纪40年代,大气中的CO2含量平均每年增加0.06%,主要是工业革命以来的土地利用变化、毁林造田以及生物质燃烧等人类活动造成的。第二次世界大战之后,人类开始大量使用化石燃料,大气中的CO2浓度迅速上升,按照这样的趋势发展下去,全球变暖会越来越明显。

 

表2 未来大气中的CO2浓度值(ppm)

年份

2025

2050

2075

2100

大气中CO2浓度值

404~425

434~480

456~536

469~614

数据来自IPCC第四次评估报告,2007

 

大气中的CO2主要来源于各种燃烧过程、土壤或其他地方有机物的分解以及人群和动物的呼吸作用。化石燃料燃烧释放的CO2从20世纪90年代的每年6.0~6.8GtC增加到2000~2005年的每年6.9~7.5GtC。20世纪90年代,与土地利用有关的CO2释放量估计是每年0.5~2.7GtC,自然生态系统转化为耕地使土壤碳贮量减少了38Gt。随着人口剧增,呼吸作用产生的CO2也不容忽视。绿色植物通过光合作用会吸收大量CO2,全球森林生态系统中贮存的碳量为1146Mt,另外海洋也是一个巨大的碳汇。

 

表3 全球碳的主要源和汇(百万吨/年)

化石燃料燃烧排放

5700

土地利用变化排放

2000

海洋吸收

2500

植物生态系统吸收

1000

CO2合计

自然源

人为源

年吸收

年增量

770000

23100

781400

11700

引自王彦佳. 气候变化与温室气体减排,2005

 

 

2.甲烷CH4
随着人口剧增、水田耕作以及畜牧业发展,大气中的CH4浓度越来越高,全球大气CH4浓度从工业革命前的715ppb增加到了20世纪90年代的1732ppb,2005年更是高达1774ppb,远远超过了过去65万年来自然因素引起的变化范围320~790ppb。据联合国预测,21世纪末大气中的CH4浓度将翻一番,达到3500ppb。

表4 大气中CH4的浓度变化(ppb)

年份

工业革命以前

20世纪90年代

2005年

21世纪末

大气CH4浓度

715

1732

1774

3500

数据来自冰芯资料和直接观测与预测

                    大气中CH4的每月平均混合比

 

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