什么是温室效应?
地球被太阳加热,又通过向太空发射红外辐射而冷却。温室气体只与该能量收支中向外的红外部分发生相互作用——吸收其中一部分,并向各个方向重新发射,包括朝向地表的方向。
+15 °C, not −18 °C
Without the natural greenhouse effect, Earth's average surface temperature would sit near −18 °C. Instead it holds around +15 °C — the range that allows liquid water, weather, and life.
Absorb, then re-emit downward
Rising concentrations of CO₂, CH₄, H₂O and N₂O absorb more of Earth's outgoing longwave infrared and re-emit part of it back toward the surface — strengthening, not creating, the greenhouse effect.
Not a lid — a two-way filter
The greenhouse effect is not caused by blocking sunlight. It occurs because greenhouse gases absorb and re-emit part of Earth's outgoing infrared heat.
逐步了解其工作原理
能量从太阳到太空的完整路径。可暂停、重播或逐步观看每个阶段。
约 340 W/m² 的太阳能以可见光和近红外光的形式到达地球大气层顶。
认识温室气体
只有少数几种大气分子能高效吸收热红外辐射。占大气 99% 的氮气和氧气并不吸收。以下就是那些真正吸收红外辐射的分子。
温室效应的发现
近两个世纪的细致测量构建了现代的理解——从一位法国数学家的洞见,到今天持续不断的大气监测。
- 1824Joseph Fourier
认识到地球大气会保留原本会流失到太空的热量——对该效应的首次描述。
- 1856Eunice Newton Foote
通过实验证明装有 CO₂ 的容器在阳光下比装有空气的容器升温更多。第一位将 CO₂ 浓度与大气温度联系起来的科学家。
- 1859John Tyndall
精确测量了 CO₂、水汽和甲烷的红外吸收,确立了这一效应的物理机制。
- 1896Svante Arrhenius
首次做出定量估算:大气中 CO₂ 翻倍将使地球升温数摄氏度。
- 1938Guy Stewart Callendar
整理温度记录并证明地球正在变暖,将其与化石燃料排放的 CO₂ 联系起来。
- 1958Charles David Keeling
在莫纳罗亚开始持续的 CO₂ 观测——“基林曲线”证明大气 CO₂ 正在上升。
- 1988James Hansen
在美国国会作证,指出人为造成的全球变暖已经开始,标志着气候科学正式进入公共政策议程。
继续阅读《气候历史》
我们测量到什么
四条相互独立的证据链——大气成分、地表温度、大气层顶辐射收支以及海洋热量——一致表明温室效应正在增强。
交互式模拟器
调节 CO₂ 浓度与行星反照率,观察它们如何改变地球的辐射平衡。这是一个简化的教学模型,并非未来预测。
此模型采用 Myhre(1998)提出的 CO₂ 强迫公式 ΔF = 5.35·ln(C/280),以及气候敏感度 λ ≈ 0.8 K/(W/m²) 作为示意。真实的地球响应涉及多种反馈、海洋滞后以及非线性的云效应。
常见误解
在公共讨论中,相关物理常被误解。以下是几个真正重要的误解,并附上简明的解答与参考资料。
为何重要
被增强的温室效应不是单一问题,而是从一个根源——地球系统保留的能量多于逸散至太空的能量——衍生出的一连串相互关联的变化。
MEER 的定位
减排依然至关重要。MEER 的研究聚焦于能量平衡的另一侧——阳光这一侧。
减少 CO₂、CH₄ 和 N₂O 的排放会逐步降低大气的红外不透明度,使同等地表温度下能有更多的热量逃逸到太空。这一路径必要、长期,并且见效缓慢。
提升地球的反射率,可以在入射太阳能进入气候系统之前,把更多能量反射回太空。这一路径可测、局地,并且见效更快,是缓解地球能量失衡在科学上独立的另一条路径。
了解反照率出处与延伸阅读
本页所有图表与论断均来自同行评审的科学文献或权威机构数据。
- NASA Earth Observatory
- NASA GISS
- NOAA Climate.gov
- NOAA Global Monitoring Laboratory(莫纳罗亚)
- Scripps CO₂ Program
- Berkeley Earth
- IPCC 第六次评估报告(AR6)
- Global Carbon Project
- Copernicus Climate Change Service
- NASA CERES —— 大气层顶辐射
- Fourier (1824) — Remarques Générales sur les Températures du Globe Terrestre
- Foote (1856) — Circumstances affecting the heat of the Sun's rays
- Tyndall (1861) — On the absorption and radiation of heat by gases
- Arrhenius (1896) — On the influence of carbonic acid in the air
- Hansen et al. (2023) — Global warming in the pipeline
- von Schuckmann et al. (2023) — Heat stored in the Earth system 1960–2020
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