人類誕生幾百萬年以來，一直和自然界相安無事。因?yàn)槿祟惖幕顒?dòng)能力，也就是破壞自然的能力很弱，最多只能引起局地小氣候的改變。但是工業(yè)革命以來情況就不一樣了，因?yàn)楣I(yè)化意味著大量燃燒煤和石油，意味著向地球大氣排放巨量的廢氣。其中二氧化碳?xì)怏w造成大氣溫室效應(yīng)，使全球變暖，極冰融化，海平面上升；二氧化硫和氮氧化物可以形成酸雨；氯氟烴氣體能破壞高空臭氧層，造成南極臭氧洞和全球臭氧層減薄。此外，工業(yè)化排放的污染氣體也使人類聚居的城市成了濃度特高的大氣污染島人類在發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高生活質(zhì)量的同時(shí)，無形中闖下了彌天大禍。這些彌天大禍看起來似乎是天災(zāi)，實(shí)際上卻不折不扣是人類自己造成的人禍。這也就是地球大氣對(duì)人類進(jìn)行的可怕的報(bào)復(fù)，大自然是決不會(huì)因?yàn)槿祟惖臒o知而原諒人類的。
1992年6月，世界各國元首、政府首腦云集巴西里約熱內(nèi)盧，在聯(lián)合國《氣候變化框架公約》上簽字。為什么氣候變化這樣一個(gè)普普通通的科學(xué)問題，會(huì)變得如此令人關(guān)注？
原來，工業(yè)革命以來，由于人類大量燃燒化石燃料和毀滅森林，使全球大氣中二氧化碳（CO2）含量在百年內(nèi)增加了25％。如果按目前CO2濃度的增加速度，到2100年大氣中CO2含量將比工業(yè)革命前增加一倍?？茖W(xué)家們預(yù)測，那時(shí)全球平均氣溫將會(huì)上升1.0℃-3.5℃，將引起極冰融化，海平面上升15-95厘米，淹沒大片經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)。另外還會(huì)引起其他一系列問題，事關(guān)重大。因此世界各國領(lǐng)導(dǎo)人才坐到一起，共同商討削減CO2的排放量問題。
什么叫溫室效應(yīng)全球的地面平均溫度約為15℃?？墒?，如果沒有大氣，根據(jù)地球獲得的太陽熱量和地球向宇宙空間放出的熱量相等，可以計(jì)算出地球的地面平均溫度應(yīng)為-18℃。因此，這33℃大體就是因?yàn)榈厍蛴写髿?，大氣像被子一樣造成溫室效?yīng)之故。
世界上，宇宙中任何物體都輻射電磁波。物體溫度越高，輻射的波長越短。太陽表面溫度約6000K，它發(fā)射的電磁波長很短，稱為太陽短波輻射（其中包括從紫到紅的可見光）。地面在接受太陽短波輻射而增溫的同時(shí)，也時(shí)時(shí)刻刻向外輻射電磁波而冷卻。地球發(fā)射的電磁波長因?yàn)闇囟容^低而較長，稱為地面長波輻射。短波輻射和長波輻射在經(jīng)過地球大氣時(shí)的遭遇是不同的：大氣對(duì)太陽短波輻射幾乎是透明的，卻強(qiáng)烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時(shí)，它自己也向外輻射波長更長的長波輻射（因?yàn)榇髿獾臏囟缺鹊孛娓停Ｆ渲邢蛳碌竭_(dá)地面的部分稱為逆輻射。地面接受逆輻射后就會(huì)升溫，或者說大氣對(duì)地面起到了保溫作用。這就是大氣溫室效應(yīng)的原理。
地球大氣的這種保溫作用，很類似于種植花卉的暖房頂上的玻璃（因此溫室效應(yīng)也稱暖房效應(yīng)或花房效應(yīng)）。因?yàn)椴Ａб簿哂型高^太陽短波輻射和吸收地面長波輻射的保溫功能。
溫室效應(yīng)源自溫室氣體
大氣中每種氣體并不是都能強(qiáng)烈吸收地面長波輻射。地球大氣中起溫室作用的氣體稱為溫室氣體，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。它們幾乎吸收地面發(fā)出的所有的長波輻射，其中只有一個(gè)很窄的區(qū)段吸收很少，因此稱為窗區(qū)。地球主要正是通過這個(gè)窗區(qū)把從太陽獲得的熱量中的70％又以長波輻射形式返還宇宙空間，從而維持地面溫度不變，溫室效應(yīng)主要是因?yàn)槿祟惢顒?dòng)增加了溫室氣體的數(shù)量和品種，使這個(gè)70％的數(shù)值下降，留下的余熱使地球變暖的。
不過，CO2等溫室氣體雖然吸收地面長波輻射的能力很強(qiáng)，但它們?cè)诖髿庵械臄?shù)量卻極少。如果把壓力為一個(gè)大氣壓、溫度為0℃的大氣狀態(tài)稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，那么把地球整個(gè)大氣層壓縮到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，它的厚度是8000米。目前大氣中CO2的含量是355ppm，即百萬分之355，把它換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，將是2.8米厚。在8000米厚的大氣中就占這2.8米厚這一點(diǎn)點(diǎn)。甲烷含量是1.7ppm，相應(yīng)是1.4厘米厚。臭氧濃度是400ppb（ppb為ppm的千分之一），換算后只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb，2.5毫米厚。氟里昂有許多種，但大氣中含量最多的氟里昂12也只有400ppt（ppt又為ppb的千分之一），換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)只有3微米。由此可見大氣中溫室氣體之少。也正因?yàn)槿绱耍匀藶獒尫湃绮患酉拗?，便很容易引起全球迅速變暖?/p>
早在1938年，英國氣象學(xué)家卡林達(dá)在分析了19世紀(jì)末世界各地零星的CO2觀測資料后，就指出當(dāng)時(shí)CO2濃度已比世紀(jì)初上升了6％。由于他還發(fā)現(xiàn)從上世紀(jì)末到本世紀(jì)中葉全球也存在變暖傾向，因而在世界上引起了很大反響。為此，美國斯克里普斯海洋研究所的凱林于1958年在夏威夷的冒納羅亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所，開始了大氣中CO2含量的精密觀測。由于夏威夷島位于北太平洋中部。，因而可以認(rèn)為它不受陸地大氣污染影響，觀測結(jié)果有可靠性。
1958年4月到1991年6月，人們對(duì)冒納羅亞山大氣中CO2的濃度進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)1958年大氣中CO2含量不過315ppm左右，而1991年已經(jīng)達(dá)到了355ppm。問題的嚴(yán)重性還在于，目前（1996年）人類每年燃燒55億噸化石燃料（每噸約產(chǎn)生4噸CO2）中，大約只有一半進(jìn)入了大氣，其余一半主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達(dá)到飽和，大氣中CO2含量將成倍上升。此外，他們還發(fā)現(xiàn)CO2含量還有季節(jié)變化，冬夏可以相差6ppm。這主要是由于北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的結(jié)果，也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對(duì)降低。
根據(jù)對(duì)南極和格陵蘭大陸冰蓋中密封的氣泡中空氣的CO2濃度測定，過去長期以來大氣中CO2含量一直比較穩(wěn)定，大體是280ppm左右。只是從18世紀(jì)中葉，即工業(yè)革命前后開始穩(wěn)定上升。即人類用了240年時(shí)間，使大氣中CO2濃度從280ppm上升到355ppm。
甲烷是僅次于CO2的重要溫室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多，但增長率則大得多。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）1996年發(fā)表的第二次氣候變化評(píng)估報(bào)告（《報(bào)告》），從1750-1990年共240年間CO2增加了30％，而同期甲烷卻增加了145％。甲烷也稱沼氣，是缺氧條件下有機(jī)物腐爛時(shí)產(chǎn)生的。例如水田，堆肥和畜糞等都會(huì)產(chǎn)生沼氣。一氧化二氮又稱笑氣，因?yàn)槲胍欢舛鹊倪@種氣體后會(huì)引起面部肌肉痙攣，看上去像在發(fā)笑一樣。主要是使用化肥，燃燒化石燃料和生物體所產(chǎn)生。大氣中的臭氧含量，在平流層中雖有減少，但在對(duì)流層中是增加的，這在后面還要專門談到。氟里昂氣體是氯、氟和碳的化合物；自然界里本不存在，完全是人類制造出來的。由于它的融點(diǎn)和沸點(diǎn)都比較低，不燃，不爆，無臭，無害，穩(wěn)定性極好，因此廣泛用來制造制冷劑、發(fā)泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟里昂12和氟里昂11含量雖都極少，但過去增長率卻很高，都是年增5％。由于它劇烈破壞大氣臭氧層，根據(jù)1987年國際《蒙特利爾議定書》它在大氣中的濃度從21世紀(jì)初開始可望逐漸減少。
應(yīng)當(dāng)說明，CO2以外的其他溫室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多，有的要小好幾個(gè)量級(jí)，但它們的溫室效應(yīng)作用卻比CO2強(qiáng)得多。因此它們對(duì)大氣溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)，根據(jù)IPCC第二次《報(bào)告》，都只比CO2低一個(gè)量級(jí)。如果說它們對(duì)地球大氣溫室效應(yīng)的總貢獻(xiàn)和CO2相比，在1960年以前還是很小的話，那么不久的將來便會(huì)和CO2并駕齊驅(qū)以至超過CO2，這是不可忽視的。
溫室效應(yīng)的后果如前所述，工業(yè)革命前大氣中CO2含量是280ppm，如按目前增長的速度，到2100年CO2含量將增加到550ppm，即幾乎增加一倍。全世界的許多氣象學(xué)家都在努力研究，CO2含量增加一倍以后，到2100年全球的平均氣溫會(huì)增高多少？
目前采用的具體辦法是，根據(jù)大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物理狀態(tài)變化規(guī)律，設(shè)計(jì)成數(shù)值模式進(jìn)行計(jì)算。不過，由于人們對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律認(rèn)識(shí)得還不夠完善，采取的簡化計(jì)算辦法不同，各個(gè)模式的計(jì)算結(jié)果常相差很大。為此，80年代美國科學(xué)院組織了評(píng)估委員會(huì)，對(duì)這些模式的結(jié)果進(jìn)行研究和綜合評(píng)估，最終得出CO2倍增后全球平均氣溫將上升3℃土1.5℃，即1.5℃-4.5℃。這就是對(duì)本問題最有權(quán)威的組織--聯(lián)合國IPCC第一次《報(bào)告》中采用的數(shù)字。
近年來，氣候模式的模擬能力有了重大改進(jìn)，這主要是考慮了大氣中氣溶膠（空氣中懸浮的微小顆粒）的作用。因?yàn)樵谌紵剂戏懦鯟O2的同時(shí)也釋放出了巨量的硫化物等氣溶膠。這種氣溶膠會(huì)遮擋部分陽光到達(dá)地面，因此使地面氣溫降低，起到冷卻作用。其數(shù)值據(jù)IPCC估計(jì)可達(dá)-0.5瓦／米2。即相當(dāng)于CO2增溫效應(yīng)（1.56瓦／米2）的1／3，比甲烷的增溫效應(yīng)（+0.47瓦／米2）還略大。主要根據(jù)這個(gè)改進(jìn)，IPCC在l996年公布的第二個(gè)《報(bào)告》中，把2100年CO2倍增后全球平均氣溫的升溫值從1.5℃-4.5℃，修改為1.0℃-3.5℃。評(píng)估報(bào)告中還指出，由于海洋的巨大熱慣性，到2100年這個(gè)增溫值中大約只有50％-90％得以實(shí)現(xiàn)。
然而，模式計(jì)算結(jié)果還說明，全球平均增溫1.0℃-3.5℃不均勻分布于世界各地，而是赤道和熱帶地區(qū)不升溫或幾乎不升溫，升溫主要集中在高緯度地區(qū)，數(shù)量可達(dá)6℃-8℃甚至更大。這一來便引起另一嚴(yán)重后果，即兩極和格陵蘭的冰蓋會(huì)發(fā)生融化，引起海平面上升。北半球高緯度大陸的凍土帶也會(huì)融化或變薄，引起大范圍地區(qū)沼澤化。還有，海洋變暖后海水體積膨脹也會(huì)引起海平面升高。IPCC的第一次評(píng)估報(bào)告中預(yù)計(jì)海平面上升70-140厘米（相應(yīng)升溫1.5℃-4.5℃），第二次評(píng)估報(bào)告中比第一次評(píng)估結(jié)果降低了約25％ （相應(yīng)升溫1.0℃一3.5℃），最可能值為50厘米。IPCC的第二次評(píng)估報(bào)告還指出，從19世紀(jì)末以來的百年間，由于全球平均氣溫上升了0.3℃-0.6℃，因而全球海平面相應(yīng)也上升了10-25厘米。
全球海平面的上升將直接淹沒人口密集、工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的大陸沿海低地地區(qū)，因此后果十分嚴(yán)重。1995年11月在柏林召開的聯(lián)合國《氣候變化框架公約》締約方第二次會(huì)議上，44個(gè)小島國組成了小島國聯(lián)盟，為他們的生存權(quán)而呼吁。
此外，研究結(jié)果還指出，CO2增加不僅使全球變暖，還將造成全球大氣環(huán)流調(diào)整和氣候帶向極地?cái)U(kuò)展。包括我國北方在內(nèi)的中緯度地區(qū)降水將減少，加上升溫使蒸發(fā)加大，因此氣候?qū)②吀珊祷?。大氣環(huán)流的調(diào)整，除了中緯度干旱化之外，還可能造成世界其他地區(qū)氣候異常和災(zāi)害。例如，低緯度臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度將增強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)源地將向北擴(kuò)展等。氣溫升高還會(huì)引起和加劇傳染病流行等。以瘧疾為例，過去5年中世界瘧疾發(fā)病率已翻了兩番，現(xiàn)在全世界每年約有5億人得瘧疾，其中200多萬人死亡。
但是，溫室效應(yīng)也并非全是壞事。因?yàn)樽詈涞母呔暥鹊貐^(qū)增溫最大，因而農(nóng)業(yè)區(qū)將向極地大幅度推進(jìn)。CO2增加也有利于植物光合作用而直接提高有機(jī)物產(chǎn)量。還有論文指出，在我國和世界歷史時(shí)期中溫暖期多是降水較多、干旱區(qū)退縮的繁榮時(shí)期，等等。
當(dāng)然，在大氣溫室效應(yīng)這個(gè)問題上，也有不同意見。例如，過去有些科學(xué)家認(rèn)為目前數(shù)值模式還不成熟，計(jì)算結(jié)果過于夸大；百年升高0.3℃-0.6℃屬于正常氣候變化，不能證明是大氣溫室效應(yīng)所造成，等等。當(dāng)然這是少數(shù)人的意見。
盡管如此，但對(duì)于目前大氣中CO2濃度和全球溫度正迅速增加，以及溫室氣體增加會(huì)造成全球變暖的原理，都是沒有爭論的事實(shí)。我們?nèi)绻鹊絾栴}發(fā)展到了人類可以明顯感知的水平，這時(shí)候往往已經(jīng)難以逆轉(zhuǎn)，那么就為時(shí)已晚。因此現(xiàn)在就必須引起高度重視，以便采取對(duì)策，保護(hù)好人類賴以生存的大氣環(huán)境。
全球變暖的對(duì)策對(duì)大氣溫室效應(yīng)造成的全球變暖的對(duì)策主要有以下三個(gè)方面。
第一方面是減少目前大氣中的CO2。目前最切實(shí)可行的辦法是廣泛植樹造林，加強(qiáng)綠化；停止濫伐森林。用太陽光的光合作用大量吸收和固定大氣中的CO2。其他還有利用化學(xué)反應(yīng)來吸收CO2的辦法，但在技術(shù)上都不成熟，經(jīng)濟(jì)上更難大規(guī)模實(shí)行。
第二方面是適應(yīng)。這是無論如何必須考慮的問題。例如，除了建設(shè)海岸防護(hù)堤壩等工程技術(shù)措施防止海水入侵外，有計(jì)劃地逐步改變當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種類和品種，以適應(yīng)逐步變化的氣候。日本北部因?yàn)橄募具^涼，過去并不種植水稻，或者產(chǎn)量很低。但是由于培育出了抗寒抗逆品種，現(xiàn)在連最北的北海道不僅也能長水稻，而且產(chǎn)量還很高。這就是一個(gè)很好的例子。由于氣候變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，只要能及早預(yù)測出氣候變化趨勢，適應(yīng)對(duì)策是能夠找到并順利實(shí)施的。
第三方面是削減CO2的排放量。這就是1992年巴西里約熱內(nèi)盧世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)上，各國領(lǐng)導(dǎo)人共同簽字的《氣候變化框架公約》的主要目的（框架是指比較原則，有待進(jìn)一步具體化的意思）。公約要求在2000年發(fā)達(dá)國家應(yīng)把CO2排放量降回到1990年水平，并向發(fā)展中國家提供資金，轉(zhuǎn)讓技術(shù)，以幫助發(fā)展中國家減少CO2的排放量。因?yàn)榻倌陙砣虼髿庵蠧O2濃度的迅速升高，絕大部分是發(fā)達(dá)國家排放造成的。發(fā)展中國家首先是要脫貧，要發(fā)展。發(fā)達(dá)國家有義務(wù)這樣做。
但是，由于公約是框架性的，并沒有約束力，而且削減CO2排放量直接影響到發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)利益，因此有的發(fā)達(dá)國家不僅沒有減排，還在增排，2000年根本不可能降到1990年水平。在1997年12月11日結(jié)束的聯(lián)合國氣候變化框架公約締約方第3次大會(huì)上（日本京都會(huì)議），發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家展開了尖銳緊張的斗爭，最后發(fā)達(dá)國家作出讓步，難產(chǎn)的《京都議定書》終于得到通過。議定書規(guī)定，所有發(fā)達(dá)國家應(yīng)在2010年把6種溫室氣體（CO2、一氧化二氮、甲烷和三種氯氟烴）的排放量比1990年的水平減少5.2％。這雖與發(fā)展中國家的要求到2010年減少15％，到2020年再減少20％的目標(biāo)相差很大，但畢竟這是一份具有約束力的國際減排協(xié)議。
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