量和地球散失的长波辐射热量会达到平衡，形成地球上的平衡温度。
在影响地球能量收支平衡的诸多因素中，最重要的因素是“温室效应”。
什么是“温室效应”？玻璃花房在墙体的保护下室内温度要高于室外温度。地球的大气也像玻璃墙体一样部分地锁定从地球表层反射而出的能量。可以说正是由于地球大气的存在，地球的气温才得以维持生命体普遍能适应的温度——平均为15摄氏度。假如没有地球大气，那么地球的平均温度可能保持在零下18摄氏度。那些保护地球适宜温度的气体被称为“温室气体”。
那么“温室气体”包括哪些？地球大气的构成主体是氧气和氢气，它们在大气中的含量高达99％（其中氧气约占21％，氮气则占78％左右）。它们都可以透过可见光与红外辐射，对气候变化却几乎没有直接影响。真正能够引发地球风云变幻的只是大气剩余1％份额里的其他气体：二氧化碳、甲烷、臭氧、水蒸气及卤烃等。别看这些气体在大气中所占比重不大，它们却能够对气候变化产生巨大影响。其中最主要的是二氧化碳。 二氧化碳不能透过红外辐射，所以二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中，具有调节地球气温的功能。如果没有二氧化碳，地球的年平均气温会比目前降低33 ℃。但是，二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。 形成温室效应的气体，除二氧化碳外，还有其他气体。其中二氧化碳约占75％、氯氟代烷约占15％～20％，此外还有甲烷、一氧化氮等30多种。
近年来气温连续普遍升高，根据仪器记录，相对于1860年至1900年期间，全球陆地与海洋温度上升了摄氏度。自1979年，陆地温度上升速度比海洋温度快一倍（陆地温度上升了摄氏度，而海洋温度上升了摄氏3度）。根据卫星温度探测，对流层的温度每十年上升摄氏2度至度。据世界上许多科学家预测，未来50—100年人类将完全进入一个变暖的世界。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各国的关注。 除二氧化碳以外，对产生温室效应有重要作用的气体还有甲烷、臭氧、氯氟烃以及水气等。随着人口的急剧增加，工业的迅速发展，排入大气中的二氧化碳相应增多；又由于森林被大量砍伐，大气中应被森林吸收的二氧化碳没有被吸收，由于二氧化碳逐渐增加，温室效应也不断增强。据分析，在过去二百年中，二氧化碳浓度增加25％，地球平均气温上升℃。估计到下个世纪中叶，地球表面平均温度将上升—℃，而在中高纬度地区温度上升更多。
空气中含有二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。这是由于大气中的二氧化碳始终处于“边增长、边消耗” 的动态平衡状态。大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分（体积分数）始终保持不变的原因。 但是近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。但是有乐观派科学家声称，人类活动所排放的二氧化碳远不及火山等地质活动释放的二氧化碳多。他们认为，最近地球处于活跃状态，诸如喀拉喀托火山和圣海伦斯火山接连大爆发就是例证。地球正在把它腹内的二氧化碳释放出来。所以温室效应并不全是人类的过错。这种看法有一定道理，但是无法解释工业革命之后二氧化碳含量的直线上升，难道全是火山喷出的？
根据在南极提取的冰芯，以及近代对大气中二氧化碳含量直接测定的结果，显示二氧化碳在不断升高。下表为测试结果。
测定冰核值
冰芯深度（米） 年度 CO2（ppm）
16 1806 280
11 1894 297
102。 5 1919 300
82 。5 1949 311
68 。4 1973 328
直接测定大气值， 所测得的CO2含量为：
年度 CO2 （ppm）
1959 316。 00
1960 317。 02
1965 320。 41
1970 325。 51
1973
1975
1980
1985
1987
从上述数值可以看出，南极冰核中CO2浓度已由1759年的279 ppm上升到1973年的328 ppm。在1973年中从大气直接测定的CO2浓度为329。 82 ppm，与从冰核测定到的此年CO2浓度为328ppm是一致的。从上表数值可以看出，大气中CO2浓度从1754年到1987年的233年中，CO2浓度上升了69 。62 ppm，每年乎均上升0。 298ppm。
如果二氧化碳含量比现在增加一倍，全球气温将升高℃～℃，两极地区可能升高10 ℃，气候将明显变暖。气温升高，将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。如果海平面升高1 m，直接受影响的土地约5×106 km2，人口约10亿，耕地约占世界耕地总量的1/3。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入，沿海海拔5 m以下地区都将受到影响，这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。一部分沿海城市可能要迁入内地，大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化，不适于粮食生产。同时，对江河中下游地带也将造成灾害。当海水入侵后，会造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注，目前正在推进制订国际气候变化公约，减少二氧化碳的排放已经成为大势所趋。
从地球表面的能量平衡及能量循环来看，人类活动通过燃烧石化能源、排放温室气体、砍伐森林等方式，极大改变了地球表面的能量平衡状态，促使地球表面吸收的热量比散发的热量更多，从而提高了地球表面温度。txt电子书分享平台
第三节 气候变化原因的学说
第三节 气候变化原因的学说
1、气候变化研究简史
人类对气候变暖现象及其原因的研究具有很长的历史。这里首先对近百年来国际上相关研究的一个侧面做简要介绍。
在20世纪20年代，人们发现，欧洲和北美地区的气温自19世纪晚期以来表现出上升趋势。到30年代中后期，美国科学家利用东部观测资料和世界其他地区的稀疏资料，获得了“全球”平均气温序列，发现自1865年以来全球陆地平均气温已明显上升。不过他们认为，这种变化可能是气候长周期变化的表现。1938年，Callendar发现，从1890年到1935年全球陆地平均气温上升℃并认为这可能是人为CO2温室效应造成的。但其他科学家认为观测的变暖可能是自然变化的一部分，变暖不会一直持续下去。随着多数地区30年代后期的继续升温，温室效应引起增暖的观点变得逐渐流行起来，但与气候自然变化观点仍然存在着明显的争论。
实际上，早在19世纪中后期，Tyndall等就认识到大气中的水汽和C02等气体具有所谓的“温室效应”，并可影响地球的气温。19世纪末，瑞典科学家A rrhenius和Hogbcxn计算了大气C02浓度变化对欧洲地面气温的影响，指出人类活动引起的温室气体浓度增加，可能造成地球表面气温上升。Arrheniu甚至计算了CO2浓度加倍情况下，地球表面平均气温将增加5一6℃。认不过他认为要达到那一浓度可能需要很长时间。
但是，Ahlnann在1952年发现，北方的气温实际上从40年代初开始就降下来了。气温下降无疑给温室效应增暖学说泼了冷水，有关气候变化原因的争论曾一度停息下来。1961年，Mitchel1发现全球地面平均气温从40年代初开始下降。不过他认为，原来的增暖可能仍和大气C02浓度增加有关，而温度逆转可能和火山或太阳活动影响有关。20世纪60年代到70年代初，全球地面气温一直较低，欧亚大陆尤其明显。气候学界对C02引起变暖的推测产生怀疑。Landsberg认为，气候可能正在发生间歇性的波动，而不是持续地变暖。在全球尺度上，自然因子的作用还是主要的，但不排除遥远未来全球变暖的可能性。
20世纪70年代是异常气候事件频繁发生、学术思潮激昂荡漾的时期。北非等地一系列异常气候事件和进一步的转冷引发了思考和争鸣。一些学者倾向于气候变化的自然控制作用，并认为太阳输出辐射变化可以引起气候变冷，地球轨道参数变化也可能正在引起气候长期缓慢变冷，甚至有可能返回到一个新的冰期阶段。一些学者认为，火山活动或人类排放的气溶胶可能正在引起气候变冷。
但70年代早期仍有人坚持认为，人为排放的CO2将导致未来全球气候增暖。他们认为当时的变冷可能是暂时的，温室效应引起的全球变暖在未来几十年终将显露出来。 Budyko 和Manab采用气候模式对未来可能由大气CO2浓度增加引起的气候变暖趋势进行了模拟。到70年代末，全球陆地平均气温停止下降，转而上升，关于未来温室效应将增强的观点逐渐占了上风。
与此同时，古气候研究证实，地球轨道参数的周期变化与北半球冰期和间冰期交互转换步调一致，而且过去的地球系统存在着若干突然的状态变化。简单气候模式模拟和北极地区雪盖面积的剧烈年际波动等观测事实表明，气候系统对外强迫的响应可能是更敏感、迅速的。这些都进一步唤起科学界对气候变化问题的关注。
到80年代初，人们由原来担心核战争会导致平流层臭氧显著下降，现在变为担心核战争可能引发“核冬天”，导致全球变冷和地球生物大灭绝。与此同时，美国、英国和前苏联的科学家分别对全球地面气温资料进行了系统整理，获得了更可靠的全球陆地地面平均气温序列。Hansen等证实，全球地面平均气温在经历了20多年的变冷后，70年代中后期开始转暖。Jones和前苏联的学者获得了同样的结论。此后，不断更新的观测资料序列表明了持续的全球气候变暖。
另一方面，自1957…1958年国际地球物理年期间开始的CO2浓度监测已积累了足够长的序列。20世纪80年代中后期的冰芯资料分析还发现，当前大气CO2浓度已明显超出自然波动范围，在过去的几十万年时间里它和地面气温同步波动，这些说明，人类活动是上业革命以来大气CO2浓度持续上升的主要原因，同时至少在千年以上尺度上，大气CO2浓度波动可能是引起气温变化的原因之一。
20世纪80年代末，联合国环境署和世界气象组织共同成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC ），负责对气候变化研究进展进行定期评估。至此，全球变暖和气候变化的名词开始真正流行起来，学术界主流观点对气候变暖的解释倾向于温室效应增强理论。与此同时，一系列国际合作研究计划也在80年代初以后陆续启动，包括国际地圈生物圈计划（IGBP）、世界气候研究计划（WCRP）和全球变化的人文因素计划（HDP）等，着重探讨由于人类活动引起的全球变暖现象机理及其影响。
2、气候变暖的观测研究
探讨气候变暖的成因离不开对气候观测事实的了解。最近IPCC报告表明，全球平均表面温度在1906… 2005年期增加了0。 74℃，考虑到资料的误差，实际增温幅度介于0 56 －0 92℃之间。其中20世纪起初的10 － 40年代和70年代至21世纪初是两个明显的增温阶段，近30年增温趋势尤其明显。20世纪中期以来的线性增暖趋势几乎是近100年的2倍。在近100年里，20世纪90年代是最暖的10年，1998年是最暖的1年。近100年来，北极地区平均气温增加速率约是全球平均的2倍。北极气候具有很高的年代际变率，在1925…1945年期间也观测到一个暖期。自1950年以来，全球海面水温的增加大约是陆面气温增加的一半，陆地上夜间最低气温平均每10年增加0 。2℃，约是同期白天最高气温增加速率的2倍。
近50年来，已观测到与气温相关的极端事件频率也出现了变化。全球陆地上冷日、冷夜和霜冻事件发生频率明显减小，而热日、热夜和热浪事件发生频率则明显增加。与此对应的是，平均日最低气温一般明显上升，一些地区的平均日最高气温增加明显，陆地大部分区域气温日较差有下降趋势。
气候变化国家评估报告指出，过去100年我国大陆地区的年平均气温增加约－0。 8℃，与全球或北半球变暖趋势大体相近，其中冬季增暖最明显，但夏季变化很小。与全球或北半球平均比较，我国20世纪30－40年代的变暖更为突出，50－60年代的相对冷期也较明显。
我国1951… 2004年期间年平均地面气温变暖幅度约为℃，线性增温速率约为每10年℃，比全球或半球同期平均增温速率高得多。近半个世纪的变暖在东北、华北和西北以及青藏高原北部地区更明显，多数台站冬、春、秋季升温比夏季明显，夜间最低气温上升比白天最高气温显著。多数台站平均气温日较差明显下降。近50多年我国大部分地区炎热口数未见明显增多，但寒潮、霜冻和低温日数却显著减少。
值得注意的是，快速的城市化及增强的城市热岛效应对我国多数地面台站记录的气温趋势具有明显影响。在增温明显的华北地区，国家级台站附近1961… 2000年间城市化引起的年平均气温增加值占全部增温的39％以上。其他地区的增温趋势中也或多或少保留着城市化的影响。1961… 2004年期间我国对流层中下层气温增加趋势仅为每10年℃，比国家级地面站观测的气温变化小一个量级。这从另一个角度说明，我国地面台站记录的增温在一定程度上反映了城市热岛效应加强因素的影响。
当然，即使消除城市化的影响，我国近半个世纪地面气温仍呈较明显的增暖趋势，这和迄今报道的全球变暖是一致的。但是，考虑城市化影响以后，不论中国还是全球，陆面气温增加速率可能要比目前的估计值来得弱。这一判断对于气候变化研究来说是非常重要的。
3、气候变暖的历史透视
气候变暖问题主要是一个年代到世纪尺度的地球大气变暖现象