大家都知道二氧化碳是溫室氣體，能夠加熱地球，可這二氧化碳究竟是通過(guò)什么方式加熱地球？大氣中最多的氣體是氮?dú)夂脱鯕?，為什么它們卻不是溫室氣體呢？為什么二氧化碳的溫室效應(yīng)是1，甲烷的溫室效應(yīng)是25呢？
我想，有這個(gè)疑問(wèn)的并不只有我一個(gè)人。在全球都在高舉碳中和大旗的情況下，恐怕會(huì)有越來(lái)越多的人問(wèn)起這個(gè)問(wèn)題，所以這一篇就來(lái)講講這個(gè)小知識(shí)，讓你繼續(xù)成為討論碳中和識(shí)中那個(gè)最靚的仔。
首先要從熱輻射說(shuō)起，當(dāng)然，我也不是熱工科出生的，我也搞不懂。但百度是個(gè)好東西，你要啥都能找到。所以我在百度一頓搜索，搜到了一位大學(xué)老師分享的熱力學(xué)教學(xué)PPT，于是就學(xué)習(xí)了一下。
上圖我們可以看出，并不是所有的氣體都有輻射能力，我們常見(jiàn)的氧氣、氮?dú)舛际菍儆谕笩狍w。只有三原子以上或者非對(duì)稱雙原子氣體才具有輻射能力（不要問(wèn)為什么就他們有輻射能力，問(wèn)就是量子力學(xué)）。在這些氣體里，我們看見(jiàn)了熟悉的身影，二氧化碳、甲烷、水蒸氣、二氧化硫....
上圖可以看出，二氧化碳的輻射光帶在2.65~17微米之間，水蒸氣的輻射光帶在2.55~30微米之間，且并不是連續(xù)的，而是分別都有三段（不要問(wèn)我為什么有三段，問(wèn)就是量子力學(xué)）。
有人會(huì)問(wèn)，那水蒸氣又是輻射氣體，輻射光帶比二氧化碳還長(zhǎng)，為啥它不是溫室氣體？真相是——水蒸氣確實(shí)是溫室氣體，而且其溫室效應(yīng)大于所有溫室氣體之和，大約占總溫室效應(yīng)的65%左右。但為什么我們不列進(jìn)去呢？因?yàn)槿祟惢顒?dòng)對(duì)大氣中水蒸氣的含量影響微乎其微，基本不受人類控制，所以列了也沒(méi)用，干脆就不列了（早期的文獻(xiàn)里也有把水蒸氣列入的）。
說(shuō)完輻射，我們?cè)僦v講地球暖化指數(shù)GWP。
首先引入一個(gè)名詞——輻射強(qiáng)迫
關(guān)于輻射強(qiáng)迫，百度百科的解釋是指由于氣候系統(tǒng)內(nèi)部變化，如二氧化碳濃度或太陽(yáng)輻射的變化等外部強(qiáng)迫引起的對(duì)流層頂垂直方向上的凈輻射變化。單位為瓦特每平方米。正強(qiáng)迫使地球表面增暖，負(fù)強(qiáng)迫則使其降溫。目前的輻射強(qiáng)迫值，是按2005年相對(duì)于工業(yè)化前即1750年的差值來(lái)計(jì)算。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是以1750年為基準(zhǔn)，之后發(fā)生了一件事，讓對(duì)地球的輻射增加了，就是正強(qiáng)迫，讓地球的輻射減少了，就是負(fù)強(qiáng)迫。
從上圖我們可以清晰地看出各種溫室氣體對(duì)地球?qū)嶋H的加熱量是多少，二氧化碳約為1.6w/m2, 甲烷約為0.48w/m2，氧化亞氮約為0.16w/m2。如果你懂點(diǎn)熱力學(xué)知識(shí)都可以粗略算算這些溫室氣體能把地球加熱多少度了。
上圖就是三大溫室氣體及部分烈性溫室氣體的的輻射強(qiáng)度和GWP值了，細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，GWP值分為20年、100年和500年。因?yàn)楦鞣N溫室氣體在大氣中的穩(wěn)定性不一，所以他們對(duì)地球的加熱時(shí)間長(zhǎng)短不一。比如甲烷，它在大氣中的平均存在時(shí)間只有12年，你看它20年的GWP高達(dá)72，但100年的GWP只有25。 所以在計(jì)算GWP時(shí)，還考慮了溫室氣體在大氣中的存在時(shí)間。
最后，我們?cè)賮?lái)看看，科學(xué)家們按照這種方法計(jì)算出來(lái)的溫室氣體濃度與地球升溫的相關(guān)關(guān)系。
好了，關(guān)于溫室氣體如何加熱地球的小知識(shí)，你學(xué)廢了嗎？
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