二氧化碳濃度變化與氣候變化的關系
二氧化碳濃度變化與氣候變化的關系
太陽的輻射是短波輻射,大氣的吸收很弱。地表在吸收了直接來自太陽的短波輻射后,能以長波輻射形式,把這種太陽能量重新釋放出來。溫室氣體指的就是大氣中能與長波輻射產生共振,使其本身的分子溫度上升從而使大氣保持溫暖的氣體。這種溫室氣體使地球變得更溫暖,因而被稱為“溫室效應”(準確的說法是“大氣保溫效應”或“大氣效應”)。地球大氣中主要的溫室氣體包括以下幾種:水汽、臭氧、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氫氟氯碳化物類(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等。而其中以二氧化碳最為常見,因為市場上也有了測定二氧化碳的儀器-二氧化碳監測儀。二氧化碳監測儀有時也被叫做CO2記錄儀,是專門用于記錄二氧化碳的含量,通過二氧化碳感應器來得到二氧化碳的含量。
二氧化碳的分子結構決定只能和15微米帶、10微米帶、5.2微米帶等波段的長波輻射產生共振。而水汽的共振區間幾乎覆蓋了所有波段。除了15微米的二氧化碳共振能力最主要的波段外,幾乎在4微米以上的所有波段,水汽的共振能力,即長波輻射吸收能力,都遠遠大于二氧化碳。也就是說,在同等濃度下,水汽的溫室效應遠遠強于二氧化碳。那么,二氧化碳和水汽在大氣中的濃度又分別是多少呢?二氧化碳在大氣中體積濃度是385ppm(1ppm表示體積濃度為百萬分之一),不到大氣的萬分之四。大氣中的水汽濃度則平均高達10,000ppm(1%),其在近地面大氣層中占4%以上。也就是說,水汽在空氣中的濃度平均是二氧化碳的26倍,在近地面層大氣中更是二氧化碳的100倍以上。二氧化碳測量儀經常用于測定空氣中二氧化碳的含量,而且還可以設置采樣間隔,得到一段時間內二氧化碳含量的變化情況。
通過比較二氧化碳和水汽的長波輻射吸收能力與濃度,可得到一個結論———二氧化碳在“溫室效應”中的作用非常小。此外,二氧化碳的溫室效應已經基本飽和。二氧化碳吸收能力最強的波段為15微米光帶中心波段,這個波段吸收的地球輻射占二氧化碳全部吸收強度的90%左右,而二氧化碳這個波段吸收地面輻射的能力早已飽和,即使二氧化碳在大氣中的濃度增加8倍也不會增強。5.2微米光帶和10微米光帶雖未飽和,但吸收能力極弱,可以忽略不計。只有15微米光帶兩翼沒有飽和且有較大的吸收能力,但是即使在這個波段,其吸收能力也遠低于水汽。