温室气体part2(Greenhouse gas-2)

发布时间:2020-07-21 已收录 阅读:238次


氟氯碳化物(CFCs)虽然是温室气体且已在蒙特娄公约中规範,但其对臭氧层的破坏影响程度远胜于对全球性暖化作用。值得注意的事虽然臭氧在温室暖化现象中居次要角色,但在热门公众媒体的报导上这两个过程常被混淆。

水蒸气所扮演的角色
水蒸气是自然存在可引发温室效应的气体,其影响力居各种温室气体之冠,大约佔36﹪至66﹪之间。水蒸气的浓度随所处地点的不同而改变。人类的活动不会对其有直接影响除非是作地区性的测量(如:邻近灌溉区)。

现今最新的气象模型已能完全包含水蒸气与云层的互动关係。此模型显示受到人为温室气体的影响使大气的温度上升并导致对流层的水蒸气增加。而水蒸气的增加又使温室效应加剧,并进一步提升温度,而温度的增加又增加大气中的水气。如此形成回馈式的循环直到达成平衡为止。

温室气体的增加
量测从南极採得的冰核样本得知在工业革命前大气中二氧化碳的含量大约为280体积百万分浓度(ppmv)。在此之前的一万年间二氧化碳的浓度介于260至280ppmv间。但从叶子化石的气孔之研究证据指出在过去七千至一万年间二氧化碳的浓度高于300ppmv。但是有些学者认为此发现比较像污染测量方法上的问题而非真实二氧化碳的变异性。
自从工业革命开始,许多温室气体的浓度开始增加,二氧化碳的浓度上升大约100ppmv(ie.从280ppmv上升至380ppmv)。从工业革命开始至1973年此二百年间上升50ppmv,从1973至2006此33年间上升了其余的50ppmv。目前许多大气化学的观测资料可从网路上获知。

温室气体与最大的辐射驱动力(Radiative forcing)间的关係如下:

相关辐射驱动力温室气体part2(Greenhouse gas-2)

辐射驱动力与臭氧层破坏的相关性;下列物质自然界不存在,因此工业革命前含量为零温室气体part2(Greenhouse gas-2)

最近的速率改变与放出量( Recent rates of change and emission)
在90年代由于开发中与已开发国家碳强度(Carbon intensity)(碳强度的定义为二氧化碳与经济活动的比值)的衰退使二氧化碳的排放量每年只增加1.1﹪但在2000年以后迅速年增3﹪以上。虽然已开发国家的人为二氧化碳的累积排放量仍然超过3/4,但中国在这段时期的排放量增加率已居全球之冠。在政府间气候变迁专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)的部分特别报告排放量预定书中指出在减碳能源的供应上及低估排放量的成长使减缓全球暖化的工作失败。地区性的排放量下降是由于苏联的解体及在这个区域的能源使用效率较佳。与二氧化碳相比,甲烷排放量大幅度增加,一氧化二氮每年增加0.25﹪。
美国在2005年温室气体的排放量比1990年增加16.3﹪。由荷兰环境评估委员会(the Netherlands Environmental Assessment Agency)的初步估计从2006年起中国已成为二氧化碳的最大排放者,每年约释放6200兆吨而美国排放5800兆吨居次。与2005年相较2006年中国化石燃料燃烧所排放的二氧化碳增加8.7﹪而美国却减少了1.4﹪。虽然人为的二氧化碳排放量与地球大气中原有的二氧化碳含量相比仍仅佔少量,但与工业革命前相较则有显着的增长。

降低大气全球暖化的趋势(Removal from the atmosphere and global warming potential)
除了邻近地表的水蒸气其存在大气的时间以天计外,大部分的温室气体存在大气裏的时间都很长。虽然要準确测知其存留时间是很困难的。本世纪初的前五年,48﹪的人为排放二氧化碳仍存在大气中且其存在量持续增加,只有少数会有碳沉入(carbon sinks)现象。

温室气体可由各种不同方式从大气中移除:
1. 物理变化的因素(水蒸气的液化与凝结)
2. 大气中的化学反应,以甲烷为例,甲烷与自然界中的氢氧自由基反应变成二氧化碳与水气。其他也包含在大气气凝胶(atmospheric aerosols)中所发生的溶液与固相间的化学。
3. 物理性交换,发生在大气与地球上的某些区域。(如大气的混合气体溶于海洋中)
4. 大气界面的化学变化,以二氧化碳为例,因植物的光合作用而减少,之后溶于海洋中产生碳酸、碳酸氢根与碳酸根离子。
5. 光化学变化,碳的卤化物受到紫外光照射分解成氯与氟的自由基,它们在平流层中可破坏臭氧层(碳的卤化物因太稳定因此在大气中无法藉由一般化学反应而消失)。
6. 因高能的宇宙线或闪电破坏分子键结而产生离子化现象,如:闪电使氮气变成氮阴离子与氧气作用形成二氧化氮。
有两种尺度用来描述不同气体在大气中的温室效应。第一种在是大气内的存在时间(the atmospheric lifetime),简化成大气存在时间,它描述气体在大气系统中存在的时间(即增加少许气体于大气时,使大气系统回复到原来平衡状态所需时间),个别气体分子可与其他储存体(reservoirs)进行分子交换,如土壤、海洋和生物系统等。通常我们会误认为二氧化碳的大气存在时间只有少许几年,那是因为我们只计算二氧化碳分子被溶入海洋及光合作用的吸收等作用前存在大气中的平均时间所致。我们忽略了二氧化碳也会不断地由储存体回到大气中。所以气体在大气的存在时间需同时考虑温室气体进出大气的净浓度改变,而非只考虑移除的部分。

第二种尺度是全球暖化趋势(Global warming potential (GWP)),GWP是同时考虑温室气体分子的效率与大气存在时间两个因素。GWP的测量是与相同质量的二氧化碳作比较,并用特别的时间尺度来评估。因此一个分子若以20年为时间尺度其GWP值会高于以100年为时间尺度。
各种温室气体的大气存在时间及GWP值:
1. 二氧化碳其大气存在时间不定,因此无法準确测定。最新的研究指出化石燃料产生的二氧化碳在大气存在时间约有数万年之久,因此二氧化碳的GWP定为1超过所有时期。
2. 甲烷大气存在时间12 ± 3年及GWP为62 超过 20 年, 23 超过 100 年 及 7 超过 500年。GWP值减小的原因是大气中甲烷因化学反应转化成二氧化碳与水气所致。
3. 一氧化二氮大气存在时间120年及GWP为296 超过 100 年。
4. CFC-12大气存在时间100年及GWP为(100) 10600。
5. HCFC-22大气存在时间12.1年及GWP为(100) 1700。
6. 四氯化碳大气存在时间50000年及GWP为(100) 5700。
7. 六氟化硫大气存在时间3200年及GWP为(100) 22000。

相关效应
一氧化碳可提高甲烷及对流层中臭氧的浓度来间接产生辐射效应,但透过大气中清除成分(如氢氧自由基)可减低其影响。一氧化碳是燃料燃烧不完全所产生的,在大气中它最后会氧化成二氧化碳。一氧化碳的大气存在时间只有几个月,因此比存再时间较长的气体有较大的空间变异性。

甲烷是另一种可能的重要间接影响因素,它除了直接的辐射影响外也促进臭氧的形成。Shindell 等人(2005)提出甲烷对气候变迁的影响至少是先前预估的二倍。