Hiệu ứng nhà kính và bức xạ cưỡng bức

Cách thức khí quyển giữ bức xạ sóng dài làm ấm bề mặt, và cách những thay đổi trong thành phần làm nhiễu loạn cân bằng năng lượng của hành tinh.

Definition

Hiệu ứng nhà kính là sự ấm lên của bề mặt hành tinh do sự hấp thụ và tái phát xạ bức xạ sóng dài của khí quyển; bức xạ cưỡng bức là sự thay đổi trong bức xạ ròng tại tầng đối lưu gây ra bởi một nhiễu loạn như sự thay đổi nồng độ khí nhà kính.

Scope

Bao gồm cơ sở vật lý của hiệu ứng nhà kính, vai trò của hơi nước, carbon dioxide, mêtan và các khí nhà kính khác, sự phân biệt giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tăng cường, và khái niệm bức xạ cưỡng bức như một thước đo tiêu chuẩn về sự nhiễu loạn cân bằng năng lượng ở đỉnh khí quyển do một tác nhân gây ra.

Core questions

• Những thành phần khí quyển nào chịu trách nhiệm cho hiệu ứng nhà kính?
• Bức xạ cưỡng bức được định nghĩa và định lượng như thế nào?
• Tại sao việc thêm carbon dioxide làm ấm bề mặt ngay cả khi các dải hấp thụ của nó đã bão hòa một phần?

Key theories

Khái niệm bức xạ cưỡng bức

Một khuôn khổ định lượng sự nhiễu loạn cân bằng năng lượng của Trái Đất từ một tác nhân dưới dạng thay đổi thông lượng tính bằng watt trên mét vuông, cho phép so sánh các yếu tố thúc đẩy khí hậu khác nhau.

Sự ấm lên do carbon dioxide của Arrhenius

Ước tính định lượng đầu tiên cho thấy sự thay đổi carbon dioxide trong khí quyển làm thay đổi nhiệt độ bề mặt thông qua sự hấp thụ sóng dài, thiết lập mối liên hệ giữa thành phần và khí hậu.

Mechanisms

Khí nhà kính phần lớn trong suốt đối với bức xạ mặt trời đến nhưng hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhiệt đi ra, tái phát xạ nó theo mọi hướng bao gồm cả hướng xuống. Điều này nâng mức phát xạ hiệu quả lên các độ cao cao hơn, lạnh hơn, do đó bề mặt phải ấm lên để khôi phục cân bằng ở đỉnh khí quyển. Việc tăng nồng độ một loại khí làm tăng cường sự hấp thụ ở các dải biên của nó, tạo ra bức xạ cưỡng bức bổ sung mà đối với carbon dioxide tăng gần như theo hàm logarit với nồng độ.

Clinical relevance

Bức xạ cưỡng bức là thước đo trung tâm liên kết lượng phát thải với biến đổi khí hậu trong các đánh giá khoa học và là cơ sở cho các thước đo tương đương phát thải và các mục tiêu chính sách khí hậu.

History

Fourier đã gợi ý rằng khí quyển giữ nhiệt vào những năm 1820, Tyndall đã đo sự hấp thụ hồng ngoại của các loại khí vào những năm 1860, và Arrhenius đã đưa ra ước tính định lượng đầu tiên về độ nhạy carbon dioxide vào năm 1896. Khái niệm bức xạ cưỡng bức được chính thức hóa vào cuối thế kỷ XX và được hệ thống hóa trong các đánh giá liên tiếp của IPCC.

Key figures

• Joseph Fourier
• John Tyndall
• Svante Arrhenius

Seminal works

• arrhenius1896
• myhre2013

Frequently asked questions

Hiệu ứng nhà kính tự nhiên có gây hại không?

Không. Hiệu ứng nhà kính tự nhiên giữ cho bề mặt Trái Đất ấm hơn khoảng 33 độ C so với bình thường và làm cho hành tinh có thể sinh sống được; mối quan tâm tập trung vào bức xạ cưỡng bức bổ sung, do con người tăng cường.