全球气候变化中的物理问题.docx

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全球气候变化中的温室效应

海洋二所物理海洋专业巩彪学号:JX10009

摘要全球气候变化是一个复杂的科学问题，它涉及到气候系统或地球系统的变化，不但需要考虑它们所包含的这些系统内各部分本身的变化，以及它们之间复杂的相互作用，而且还需考虑物理与地球生物化学等许多过程.本文主要讨论全球气候变化中温室效应方面的物理问题。

关键词气候变化;温室效应;物理问题

一全球气候变化及其发生的原因

长期以来，地球的气候变化虽然以全球平均地表温度作为主要的衡量参数或标准，但实际上它涉及的是全球气候系统的变化。全球气候系统指的是一个由大气圈、水圈（含海洋）、冰雪圈、岩石圈（含陆面）和生物圈组成的高度复杂的系统（图1）。这些圈层不但自身发生着明显的变化和演变，而且它们之间有着明显的相互作用。现代气候主要是指人类社会工业化（1750年）以后，由于人类活动，全球大气CO2浓度值已从工业化前的约280mL/m3（ppm，下同），增加到了2005年的379mL/m3，是650ka以来的最高值。CO2浓度的增加主要源于使用化石燃料。虽然与漫长的地质年代相比，它们的变化幅度有些并没有完全超过自然的脉动，但它们的变化速率是空前的（图2）。

图1气候系统及其圈层，它们的相互作用过程示意图[1]

图2过去10000年大气CO2浓度的变化（相对于2005年）⑴

人类活动对气候变化的作用主要表现为三个方面⑵：（1）化石燃料燃烧排放的CO2等温室气体通过温室效应影响气候，这是人类活动造成气候变暖的主要驱动力；（2）农业和工业活动排放的ch4,co2,n2o,PFC，HFC，SF6等温室气体，也通过温室效应增强气候变暖；（3）土地利用变化导致的温室气体源（汇）变化和地表反照率变化进一步影响气候变化，这包括森林砍伐、城市化、植被改变和破坏等所引起的温室气体浓度增加和减少或清除。

最近几十年，随着气候科学的迅速发展以及观测资料的改进和采用更先进的气候模式，提高了气候变化的认知和归因。1900年以后，所有温度演变序列都表现出高度的一致性，高度一致的多种分析得到的时间序列，有力地说明它们共同指示的温度变化比较趋于真实。寻找引起气候变化的人为信号，必须先检测出世纪尺度气候自然变率的背景信号，仅用观测资料很难满足这一点，因为大多数观测记录的时间都不长，也很难区分各种外强迫影响因子的实际作用。唯一可靠的方法是根据气候模式模拟区分各种人类与自然强迫因子的贡献。在模拟中可以改变某种外强迫以确定这种强迫的气候效应，也可以同时改变多种强迫因子以模拟实际的所有强迫因子的共同作用。目前由观测资料分析和模式模拟得到的结论是，观测到的气候变化不可能只用自然气候波动解释，必须考虑人类活动的影响，如温室气体的浓度，等等。耦合气候模式对六大洲每个大陆上观测到的温度变化的模拟能力，提供了关于人类活动影响气候的更强有力的证据。

二温室效应简介

温室效应（Greenhouseeffect），又称“花房效应”，是地球大气保温效应的俗称。大气能使太阳辐射中的短波成分到达地面并被吸收。长波成分被大气吸收，同时地表向外辐射中的长波成分即红外辐射（Infraredradiation，简称IR）也被大气吸收。长波成分具有热效应，

这就使地表与低层的大气温度升高，其作用类似于栽培反季节花木的人造小环境-------温室，故称之为温室效应。[3]

由环境污染引起的温室气体浓度增加而导致的温室效应是指地球表面比没有环境污染的地球表面升温的现象。

随着人类无节制地消耗化石燃料等自然资源，大气中温室气体浓度显著增加，致使温室效应加剧，由此带来了一系列的环境、经济和社会问题。太阳能够不断地向陆地和海洋发射410Lm波长的光，同时地表也会向外辐射近红外到远红外的长波光，若大气层中不存在吸收红外辐射的气体，太阳与地球的相互辐射达到平衡，地球会处于250K稳定温度状态。若大气中存在吸收红外辐射的气体，其作用的结果是使太阳短波辐射到达地面，而地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，从而引起温室效应。

三温室效应的两种解释

当前的温室效应有两部分囹：一部分是自然的温室效应，由原为大气的自然的温室气体所组成，以适应动植物繁衍；另一部分是增强的温室效应，即人类活动引起的温室效应。在地球大气中，除了含有占99%的氮、氧以外，还含有其他少量的微量气体如CO2,CH4等以及云，水和尘埃等，