温室效应与辐射强迫

大气层如何捕获长波辐射使地表变暖，以及成分变化如何扰动行星能量平衡。

Definition

温室效应是指行星表面因大气吸收和再发射长波辐射而变暖的现象；辐射强迫是指由温室气体浓度变化等扰动引起的对流层顶净辐照度的变化。

Scope

涵盖温室效应的物理基础、水蒸气、二氧化碳、甲烷及其他温室气体所扮演的角色、自然温室效应与增强温室效应之间的区别，以及辐射强迫作为衡量某种因子对大气层顶部能量平衡扰动的标准化指标的概念。

Core questions

• 哪些大气成分导致了温室效应？
• 辐射强迫是如何定义和量化的？
• 为什么即使二氧化碳的吸收带部分饱和，增加二氧化碳仍会使地表变暖？

Key theories

辐射强迫概念

一个量化某种因子对地球能量平衡扰动的框架，以每平方米瓦特为单位的通量变化来表示，从而能够比较不同的气候驱动因素。

阿累尼乌斯的二氧化碳增温理论

首次定量估算大气中二氧化碳的变化通过长波吸收改变地表温度，从而建立了成分与气候之间的联系。

Mechanisms

温室气体对入射太阳辐射基本透明，但会吸收向外发射的热红外辐射，并将其向各个方向（包括向下）再发射。这使得有效发射高度上升到更高、更冷的区域，因此地表必须变暖以恢复大气层顶部的平衡。增加气体浓度会加深其吸收带边缘的吸收，产生额外的强迫，对于二氧化碳而言，这种强迫大致随浓度呈对数增长。

Clinical relevance

辐射强迫是科学评估中连接排放与气候变化的核心指标，也是排放当量指标和气候政策目标的基础。

History

傅里叶在19世纪20年代提出大气层能保留热量，廷德尔在19世纪60年代测量了气体的红外吸收，阿累尼乌斯在1896年首次提出了二氧化碳敏感度的定量估算。辐射强迫概念在20世纪后期被正式确立，并在IPCC的历次评估报告中得到编纂。

Key figures

• Joseph Fourier
• John Tyndall
• Svante Arrhenius

Seminal works

• arrhenius1896
• myhre2013

Frequently asked questions

自然温室效应有害吗？

不。自然温室效应使地球表面比没有它时温暖约33摄氏度，并使地球适宜居住；人们关注的焦点是额外的人为增强强迫。