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歷史

約瑟夫·傅里葉在1824年就提出有溫室氣體存在的想法，1827年時克勞德·普雷特（英語：Claude Pouillet）也加強了此論點，并在1838年提出相關(guān)的證據(jù)，1859年時約翰·廷德爾（英語：John Tyndall）也用實驗數(shù)據(jù)驗證。1896年時斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯也確認(rèn)了此一效應(yīng) 。不過這些科學(xué)家都沒有用“溫室效應(yīng)”來描述此一現(xiàn)象，一直到1901年尼爾斯·古斯塔夫·?？坪漳罚ㄓ⒄Z：Nils Gustaf Ekholm）才開始使用此一名詞。

1917年時亞歷山大·格拉漢姆·貝爾提到“（未檢測到的化石燃料燃燒）會造成類似溫室的效應(yīng)”。因此貝爾也倡導(dǎo)其他的替代能源，例如太陽能。

機制

地球會吸收太陽釋放的電磁波輻射如紫外線、可見光以及近紅外線。在太氣層上端可接收到的所有輻射能中，大氣和云會反射26%的能量到太空中，而大氣和云本身會吸收19%的能量。大部分剩下的能量都是由地球表面吸收，因為地表的溫度比太陽要冷很多，因此其釋放的遠(yuǎn)紅外線波長也比太陽釋放的電磁波波長要長很多。大部分的熱輻射是由大氣吸收，大氣溫度會因此提高，大氣除了吸收太陽釋放的電磁波以及地球的熱輻射外，大氣也會由地面的顯熱和潛熱通量接收到能量。大氣會往上方及下方輻射能量，部分往下方輻射的能量是由地表吸收，因此地表溫度會較沒有大氣時的地表溫度要高。

在大氣層上方及海平面上太陽輻射頻譜的差異

一個理想熱傳導(dǎo)性的黑體若位在地球的位置，接收到太陽輻射的熱量，其溫度大約會是5.3 °C。不過因為地球反射掉約30%的太陽輻射能量，其理想有效溫度（使黑體輻射熱量和其吸收熱量相同的溫度）應(yīng)該是?18 °C。上述假想星球的表面溫度（?18 °C）較地球的平均表面溫度14 °C低了約33度。

上述基礎(chǔ)的機制可以用許多方式來量化，而且這些方式都不會影響基礎(chǔ)機制?？拷孛娴拇髿獠粫諢彷椛洌ǖ趯?yīng)溫室效應(yīng)的波長段例外），大部分來自地表的熱損失是因為顯熱（英語：sensible heat）及潛熱的傳播。在大氣中的高度越高，因為水蒸氣（一種重要的溫室氣體）的濃度降低，因此其輻射的熱損失會越大。可以將溫室效應(yīng)視為在對流層中段加上一個“表面”，該表面的特性再根據(jù)氣溫垂直遞減率來調(diào)整。這個簡單的模型是假設(shè)溫度是在穩(wěn)態(tài)的條件，不過實際的溫度會因為晝夜周期（英語：diurnal cycle）、季節(jié)周期及氣候的變化而變化。在晚上，因為大氣的放射率較低，大氣溫度會較低，但變化不大。晝夜溫度變化（英語：Diurnal temperature variation）會隨著高度而遞減。

在輻射效應(yīng)比較顯著的區(qū)域中，也就比較接近上述理想溫室效應(yīng)描述的情形。地球表面的溫度約為255 K，會以發(fā)射長波的紅外線，波長約在 4–100 μm。溫室氣體對入射的太陽輻射是透明的（不吸收也不會反射），但會吸收此波長下的能量。有溫室氣體的每一層大氣層都會吸收一些由下方所發(fā)射的能量，再往上方及下方再發(fā)射，發(fā)射能量和吸收能量達(dá)到平衡。因此越下方的大氣越溫暖。若增加溫室氣體的濃度也就增加了吸收及再發(fā)射的能量，因此會使大氣層更溫暖，最后也會使地面變溫暖。

溫室氣體－包括大部分由二種不同原子組成的雙原子氣體（例如一氧化碳）以及所有由三個或多個原子組成的氣體－可以吸收及發(fā)射紅外線輻射。雖然干燥大氣中有99%（氧氣、氮氣及氬氣）都不會吸收及發(fā)射紅外線，不過分子間的碰撞使得溫室氣體吸收及發(fā)射的能量可以傳遞到其他非溫室氣體。

溫室氣體

  大氣中的氣體只會吸收某一頻段的能量，對其他頻段的輻射是透明的。水蒸氣和（藍(lán)色部分）和二氧化碳（粉紅色部分）的吸收頻譜在一些區(qū)域是重疊的。和水蒸氣比起來，二氧化碳所造成的溫室效應(yīng)其實沒那么強，但二氧化碳會吸收波長在12-15μm的能量，這接近地球表面會自然輻射到太空的波長范圍，而水蒸氣不會 (Illustration NASA, Robert Rohde)

若以對地球溫室效應(yīng)的影響來排名，前四名的氣體是：

水蒸氣，36–70%（但不會列在溫室氣體中）

二氧化碳，9–26%

甲烷，4–9%

臭氧，3–7%

因為各氣體吸收及釋放頻譜有重疊，實務(wù)上很難去界定各氣體對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)程度。非氣體也可能會造成溫室效應(yīng)，其中最主要的是云（英語：Cloud forcing），云也會吸收及釋放紅外線輻射，因此對大氣中的輻射特性也有一定影響。

對氣候變遷的影響

莫納羅亞火山天文臺（英語：Mauna Loa Observatory）量測到的基林曲線（英語：Keeling Curve），也就是大氣中的二氧化碳濃度

因為人類活動造成溫室效應(yīng)的增強稱為增強型（或人為（英語：human impact on the environment））溫室效應(yīng)。人類活動對輻射驅(qū)動力的增加是造成大氣中二氧化碳增加的原因。根據(jù)最近政府間氣候變化專門委員會的評估報告“大氣中二氧化碳、甲烷及一氧化氮的濃度已到達(dá)過去八十萬年來史前無例的程度，這些氣體的影響以及其他人為作用已影響了氣候系統(tǒng)，可能是二十世紀(jì)以來觀察到暖化現(xiàn)的主要原因。”

CO2是因為燃燒化石燃料以及其活動（例如水泥制造及熱帶森林開伐等）所造成。莫納羅亞火山天文臺量測到的CO2濃度已由1960年的313ppm到2010年的389 ppm。在2013年5月9日已到達(dá)400 ppm的里程碑。目前觀測到的CO2濃度已超過冰核心數(shù)據(jù)中的地質(zhì)紀(jì)錄最大值（約300 ppm）。因燃燒產(chǎn)生二氧化碳對整體氣候的影響是第一個提出的溫室效應(yīng)，是斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯在1896年提出。

在過去的八十萬年之間，冰核心數(shù)據(jù)中的二氧化碳紀(jì)錄最低值有到180 ppm，在工業(yè)革命前到270 ppm。古氣候?qū)W認(rèn)為二氧化碳的變化是在這個時間尺度下造成氣候變異的主要因素。

真正的溫室

現(xiàn)代的溫室

溫室效應(yīng)取名自受太陽照射而暖和的溫室。許多來源的解釋提到溫室中較高的溫度是因為太陽的紫外線、可見光及紅外線透過玻璃照到溫室內(nèi)，由溫室中的地板及內(nèi)容物吸收，因為溫度較高，因此會發(fā)射波長較長的紅外線。玻璃及溫室中用的其他材料無法讓紅外線穿透，因此紅外線無法透過輻射轉(zhuǎn)移離開溫室。而溫室是密閉空間，因此也無法透過對流傳熱的方式將熱傳遞到界，溫室內(nèi)的室溫因此而提高。溫室效應(yīng)是因為會吸收紅外線的溫室氣體（例如二氧化碳及甲烷）其作用和溫室中的玻璃相近。而且地球也沒有夠多的空氣離開地球，因此也不會進(jìn)行對流傳熱。

不過地球的溫室效應(yīng)和溫室中使室溫變高的效應(yīng)是不同的，溫室不是因為溫室效應(yīng)才使室溫變高。 溫室室溫升高的原因主要是讓陽光照射到溫室中，而室內(nèi)無法經(jīng)過對流將熱傳到外界。溫室效應(yīng)讓地球變熱的原因是因為溫室氣體吸收輻射能，使大氣變溫暖，再將其中的部分能量再發(fā)射回地面。

溫室會以可以讓陽光通過的材料制造，多半是塑膠或是玻璃，其中室溫提高的原因是因為陽光溫暖溫室內(nèi)的地面及內(nèi)容物，再間接的使室溫提高。因為溫室內(nèi)是密閉空間，因此空氣溫度會繼續(xù)上升，和室外熱空氣會上升，和冷空氣混合的情形不同。若將溫室的一個小窗戶打開，室內(nèi)溫度會快速下降。羅伯特·伍德曾在1909年進(jìn)行實驗，用石鹽（紅外線可以穿透的材質(zhì)）作為溫室的材料，若溫室的玻璃無法讓紅外線通過是因溫室室溫升高的原因，用石鹽作的溫室應(yīng)該無此效果，不過其室溫和玻璃作的溫室類似。因此溫室的原理是因為阻止室內(nèi)空氣和室外對流，因此使得室溫變高。

許多現(xiàn)在的量化研究指出溫室中避免紅外線輻射傳熱的效果雖不是溫室原理的主因，但其傳熱也有一定的量。在溫室效率的經(jīng)濟(jì)考量上仍有一定的影響。有研究在溫室內(nèi)部中貼上對紅外線高反射系數(shù)的幕，研究近紅外線的輻射，發(fā)現(xiàn)熱量的需求減少了8%，研究也建議用染料涂在透明的表面上。

其他星球的溫室效應(yīng)

在太陽系中，火星和金星也有溫室效應(yīng)。金星的大氣主要成分是二氧化碳，因此溫室效應(yīng)問題相當(dāng)?shù)拿黠@土衛(wèi)六的大氣會吸收太陽輻射，但不會吸收紅外線的輻射，因此會有反溫室效應(yīng)，使得其氣溫下降。冥王星大氣層溫度也比預(yù)期的要冷，因為其中氮的蒸發(fā)使大氣冷卻。

若溫室效應(yīng)的正反饋造成溫室氣體全部蒸發(fā)進(jìn)入大氣中，稱為失控溫室效應(yīng)。像金星就認(rèn)為曾經(jīng)出過有因為二氧化碳及水蒸氣造成的失控溫室效應(yīng)。

參見

地球能量收支

失控溫室效應(yīng)

溫室氣體、全球暖化潛勢

全球暖化

聯(lián)合國氣候變化綱要公約

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