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温室效应(English:温室效应)指的是行星的大气层因为吸收辐射能而使行星表面升温的效应。 温室效应示意图 因为温室效应，行星的表面温度会比没有大气层时高。过去认为其机理与温室相似，故称之为“温室效应”。许多研究指出，人类因素加剧了地球的温室效应，导致了全球变暖效应。 太阳辐射主要是短波辐射，地面辐射和大气辐射是长波辐射。大气对长波辐射的吸收能力强，对短波辐射的吸收能力弱。白天太阳照在地球上，一部分能量被大气吸收，一部分反射回宇宙，约47%的能量被地球表面吸收。晚上，地球表面通过红外线将白天吸收的热量辐射到宇宙，一部分被大气吸收。 大气层就像一个盖着玻璃的温室，保存着一定的热量，使地球的温度在受到太阳照射时不会急剧上升，在没有受到太阳照射时会急剧下降，就像没有大气层的月球一样。根据一些理论，由于温室气体的增加，整个地球保留的热能增加，导致全球变暖。 没有温室效应，地球对人类居住来说太冷了。据估计，如果没有大气层，地球表面的平均温度将是18。正是温室效应使地球的平均温度保持在15。然而，过量的温室气体导致地球的平均温度高于15。 目前，人类活动增加了大气中温室气体的含量。化石燃料、水蒸气、二氧化碳、甲烷等的燃烧。通过红外辐射产生排放、吸收和保留能量，导致全球地表温度上升，加剧温室效应，导致全球变暖。为了解决这个问题，联合国制定了《气候变化框架公约》，以控制温室气体的排放，防止地球温度上升，影响生态和环境。 历史 约瑟夫傅立叶在1824年提出了温室气体存在的观点，克劳德普雷蒂也在1827年加强了这一论点，并在1838年提出了相关证据，约翰廷德尔也在1859年用实验数据进行了验证。1896年，贾译尊奥古斯特阿伦尼乌斯也证实了这一效应。然而，这些科学家并没有用“温室效应”这个术语来描述这种现象，直到1901年，尼尔斯古斯塔夫埃科姆才开始使用这个术语。 1917年，亚历山大格雷厄姆贝尔提到“(未被发现的化石燃料燃烧)会造成类似温室效应”。因此，贝尔还倡导其他替代能源，如太阳能。 机制 地球会吸收太阳释放的电磁辐射，如紫外线、可见光、近红外线等。在大气层上端可以接收到的所有辐射能中，大气和云将26%的能量反射到太空中，而大气和云本身吸收了19%的能量。剩余的能量大部分被地球表面吸收，因为地球表面的温度比太阳低得多，所以它释放的远红外线波长比太阳释放的电磁波波长长得多。大部分热辐射被大气吸收，会使大气温度升高。大气除了吸收太阳释放的电磁波和地球的热辐射外，还会从地面的显热和潜热通量中接收能量。大气向上向下辐射能量，向下辐射的能量有一部分被地表吸收，所以地表温度会比没有大气时高。 大气层上方和海平面上太阳辐射光谱的差异 如果一个理想的具有热传导性的黑体位于地球的位置，接收太阳辐射的热量，其温度会在***左右，但是由于地球反射了大约30%的太阳辐射能量，其理想的有效温度(黑体辐射与其吸收的热量相同的温度 上述基本机制可以通过多种方式量化，这些方式不会影响基本机制。地面附近的大气不会吸收热辐射(温室效应对应的波段除外)，地面的热量损失大部分是由于显热和潜热的传播。大气中海拔越高，水蒸气(一种重要的温室气体)由于浓度降低而造成的热量损失越大。温室效应可以看作是在对流层中部增加了一个“面”，面的特征是根据气温的垂直递减率来调整的。这个简单的模型假设温度处于稳定状态，但实际温度会因日周期、季节周期和气候的变化而变化。到了晚上，因为大气的发射率低，所以大气温度会低一些，但是变化不大。气温的日变化会随着高度的增加而减小。 在辐射效应显著的区域，接近上述理想温室效应所描述的情况。地球表面的温度约为255 K，可以发射波长约为4-100 m的长波红外线。温室气体对入射的太阳辐射是透明的(既不吸收也不会吸收 反射），但会吸收此波长下的能量。有温室气体的每一层大气层都会吸收一些由下方所发射的能量，再往上方及下方再发射，发射能量和吸收能量达到平衡。因此越下方的大气越温暖。若增加温室气体的浓度也就增加了吸收及再发射的能量，因此会使大气层更温暖，最后也会使地面变温暖。 温室气体包括大部分由二种不同原子组成的双原子气体（例如一氧化碳）以及所有由三个或多个原子组成的气体，可以吸收及发射红外线辐射。虽然干燥大气中有99%（氧气、氮气及氩气）都不会吸收及发射红外线，不过分子间的碰撞使得温室气体吸收及发射的能量可以传递到其他非温室气体。 温室气体 大气中的气体只会吸收某一频段的能量，对其他频段的辐射是透明的。 接上图说明：水蒸气和（蓝色部分）和二氧化碳（粉红色部分）的吸收频谱在一些区域是重叠的。和水蒸气比起来，二氧化碳所造成的温室效应其实没那么强，但二氧化碳会吸收波长在12-15μm的能量，这接近地球表面会自然辐射到太空的波长范围，而水蒸气不会 。 若以对地球温室效应的影响来排名，前四名的气体是： 水蒸气，36–70%（但不会列在温室气体中）二氧化碳，9–26%甲烷，4–9%臭氧，3–7% 因为各气体吸收及释放频谱有重叠，实务上很难去界定各气体对温室效应的贡献程度。非气体也可能会造成温室效应，其中最主要的是云，云也会吸收及释放红外线辐射，因此对大气中的辐射特性也有一定影响。 对气候变迁的影响 莫纳罗亚火山天文台量测到的基林曲线，也就是大气中的二氧化碳浓度 因为人类活动造成温室效应的增强称为增强型（或人为）温室效应。人类活动对辐射驱动力的增加是造成大气中二氧化碳增加的原因。根据最近政府间气候变化专门委员会的评估报告“大气中二氧化碳、甲烷及一氧化氮的浓度已到达过去八十万年来史前无例的程度，这些气体的影响以及其他人为作用已影响了气候系统，可能是二十世纪以来观察到暖化现的主要原因。” CO2是因为燃烧化石燃料以及其活动（例如水泥制造及热带森林开伐等）所造成。莫纳罗亚火山天文台量测到的CO2浓度已由1960年的313ppm到2010年的389 ppm。在2013年5月9日已到达400 ppm的里程碑。目前观测到的CO2浓度已超过冰核心数据中的地质纪录最大值（约300 ppm）。因燃烧产生二氧化碳对整体气候的影响是第一个提出的温室效应，是斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯在1896年提出。 在过去的八十万年之间，冰核心数据中的二氧化碳纪录最低值有到180 ppm，在工业革命前到270 ppm。古气候学认为二氧化碳的变化是在这个时间尺度下造成气候变异的主要因素。 真正的温室 现代的温室 温室效应取名自受太阳照射而暖和的温室。许多来源的解释提到温室中较高的温度是因为太阳的紫外线、可见光及红外线透过玻璃照到温室内，由温室中的地板及内容物吸收，因为温度较高，因此会发射波长较长的红外线。玻璃及温室中用的其他材料无法让红外线穿透，因此红外线无法透过辐射转移离开温室。而温室是密闭空间，因此也无法透过对流传热的方式将热传递到界，温室内的室温因此而提高。温室效应是因为会吸收红外线的温室气体（例如二氧化碳及甲烷）其作用和温室中的玻璃相近。而且地球也没有够多的空气离开地球，因此也不会进行对流传热。 不过地球的温室效应和温室中使室温变高的效应是不同的，温室不是因为温室效应才使室温变高。 温室室温升高的原因主要是让阳光照射到温室中，而室内无法经过对流将热传到外界。温室效应让地球变热的原因是因为温室气体吸收辐射能，使大气变温暖，再将其中的部分能量再发射回地面。 温室会以可以让阳光通过的材料制造，多半是塑胶或是玻璃，其中室温提高的原因是因为阳光温暖温室内的地面及内容物，再间接的使室温提高。因为温室内是密闭空间，因此空气温度会继续上升，和室外热空气会上升，和冷空气混合的情形不同。若将温室的一个小窗户打开，室内温度会快速下降。罗伯特·伍德曾在1909年进行实验，用石盐（红外线可以穿透的材质）作为温室的材料，若温室的玻璃无法让红外线通过是因温室室温升高的原因，用石盐作的温室应该无此效果，不过其室温和玻璃作的温室类似。因此温室的原理是因为阻止室内空气和室外对流，因此使得室温变高。 许多现在的量化研究指出温室中避免红外线辐射传热的效果虽不是温室原理的主因，但其传热也有一定的量。在温室效率的经济考量上仍有一定的影响。有研究在温室内部中贴上对红外线高反射系数的幕，研究近红外线的辐射，发现热量的需求减少了8%，研究也建议用染料涂在透明的表面上。 其他星球的温室效应 在太阳系中，火星和金星也有温室效应。金星的大气主要成分是二氧化碳，因此温室效应问题相当的明显，平均气温比离太阳更近的水星还高。土卫六的大气会吸收太阳辐射，但不会吸收红外线的辐射，因此会有反温室效应，使得其气温下降。冥王星大气层温度也比预期的要冷，因为其中氮的蒸发使大气冷却。 若温室效应中的正反馈造成温室气体全部蒸发进入大气中，称为失控温室效应。像金星就认为曾经出过有因为二氧化碳及水蒸气造成的失控温室效应。
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