大气对短波辐射与长波辐射的吸收

❖2007年美國前副總統高爾與聯合國所屬的 政府間氣候變遷委員會 (Intergovernmental Panel on
Climate Change，ＩＰＣＣ)，共同獲得諾貝爾和平 獎，得獎原因是因他們致力於傳播有關人 為氣候變遷的知識，並積極推動遏阻氣候 變遷所需措施。高爾與其團隊曾製作了一 部「不願面對的真相」影片，描述未來世 界可怕光景，大聲疾呼我們需節制使用化 石能源，曾引起大眾廣泛迴響和關切。他 在片中甚至提出若氣溫繼續上升，北大西 洋洋流的循環受影響，我們有可能被迫進 入一個冰河時期，更是聳人聽聞。
❖ 關於全球暖化，過去存在著兩派見解。一派認為全球目 前處於間冰期，氣溫升高，海平面逐年上升，故暖化是 自然界正常現象。一派則認為全球暖化是人為造成的， 從二十世紀初內燃機被發明，人類開始大量燃燒石油排 出二氧化碳，造成大氣層中溫室氣體比例大幅增加，它 們吸收熱能使得全球氣溫上升。雖然學術上過去兩派都 有理論支持，但近年來越來越多新的證據，顯示人為造 成的全球暖化可能性很高，而且大部分的科學家都支持 人為產生的全球暖化理論。
分熱能洩釋於外太空中。
溫室氣體吸收熱能使大氣
變暖現象，便稱為溫室效 應(Greenhouse Effect， 圖)。
大氣層內的溫室效應
a) 二氧化碳
二氧化碳對人體是無害的，在大氣中的二氧化碳 形成一循環，藉著火山活動、生物體的呼吸、燃 燒化石燃料及植物的分解等過程，二氧化碳被釋 放於大氣中。二氧化碳在植物的光合作用中被吸 收，亦可溶解於海洋中(約50倍於大氣) ，或在海 水中與一氧化鈣結合沉澱為碳酸鈣 ，一般二氧化 碳的化學反應式如下。
地質史上的冰期與間 冰期:
當地球溫度下降，南 北極冰被的擴張期 稱為冰期(圖)；目前 全球處於間冰期， 冰被逐漸融化，故 海平面逐年上升。 (自然的暖化)
上次冰期北極 冰被的擴張
❖大多數科學家相信，全球暖化的原因主要是人為 因素造成的。自從一百多年前內燃機被發明與製 造，人類開始燃燒化石燃料並排放了大量的溫室 氣體至大氣層中，加上大量林木的清理和耕作等 都增強了溫室效應。以往大眾普遍認為此溫室氣 體主要指的是二氧化碳(CO2)，但近年來很多研 究顯示，甲烷 (CH4)、二氧化氮(NO2) 與氟氯碳 化物(CFCS )等氣體因大量被排放，它們產生的溫 室效應也幾乎近同於二氧化碳。 除了上述溫室氣
體促成的增溫因素外，自然的現象如：太陽的變 化、火山灰的噴發等等，對大氣溫度的增加也有 些影響，我們在這裡也一起談談。
三、大氣暖化的機制：
❖1. 溫室氣體
❖ 地球上大部分的熱能主要是由陽光的輻射而來，但它不 是直接加熱大氣。太陽光的輻射是一種短波輻射，其輻 射範圍包括紫外線 (波長0.2 至 0.4微米) 、可見光 (波長 0.4 至 0.7 微米) 及 紅外線等。當陽光穿射過大氣時， 少部分短波輻射熱能被吸收，例如臭氧﹙O3﹚吸收了紫 外線以及可見光波長在0.4至0.56微米部分光譜，水蒸 氣吸收了少部分幾段波長在0.7至4.0微米部分光譜，此 外二氧化碳(CO2)，甲烷 (CH4)、氟氯碳化物(CFCS )等 氣體也吸收了少部分太陽輻射的熱能。輻射熱能被各種 氣體選擇性吸收的現象稱為選擇性吸收，這可能與各種 氣體分子內部結構有關(圖)。
二、全球暖化的定義:
1. 全球暖化是指接近地表處的大氣 和海洋的平均溫度在一個多世紀 以來明顯增加的現象， 過去一個 世紀以來(西元1906 – 2005年)， 全球表面平均溫度上升了約攝氏 0.74度(華氏1.33度) (圖)，並且此 增溫的趨勢仍在繼續中。
西元1850 至 2005年全球表面度變化
它主要的來源有： (1) 有機廢物的分解 (2) 天然源頭（如沼澤）：23% (3) 化石燃料：20% (4) 動物（如牛）的消化過程：17% (5) 稻田之中的細菌：12% (6) 生物物質缺氧加熱或燃燒
(c) 氟氯碳化物(Chlorofluorocarbons CFCs): 氟氯碳化物是一種在空調與冰箱中作為冷媒用 物質，由於空調與冰箱使用中常有漏氣現象， 這些氣體被釋放於大氣中，並且不容易分解， 它們可在大氣中停留一百年；過多的氟氯碳化 物使大氣中的臭氧層受到破壞 ，造成臭氧層 破洞。
❖一、前言：源自文库
❖ 也許現今的天氣真是有點變了，幾十年前記得台灣的夏 天並不是這麼熱，吹吹電風扇也就過的去，冬天則常常 冷到田野下霜凍壞農作物；近些年來似乎夏天都是異常 炎熱，戶外溫度常接近攝氏四十度，居家不開冷氣幾乎 不能過日子，而冬天又異常暖和，有時穿個短衫也能應 付過去。以上不過是個人一些點滴感受，但也可見全球 暖化現象的確已經影響了我們的生活。
(1)正回饋機制：
❖ (a) 水的蒸發：地球的大氣與海洋本來在一個平衡狀態 中，其平衡受密度、溫度、壓力等因素的支配，全球暖 化使得海洋的溫度增高，因此有更多的水分子得到能量 蒸發成水蒸氣，水蒸氣是主要的溫室氣體，因此又回饋 大氣的溫室效應，使得溫室效應的效果更加劇(圖)。
C + O2 →CO2 (燃燒) CaO + CO2 → CaCO3 (碳酸鈣)
(b) 甲烷(Methane):
甲烷，最簡單的烴（碳氫化合物），化學式CH4。在標準 狀態下是一無色氣體。一些有機物在缺氧情況下分解 時所產生的沼氣其實就是甲烷。
甲烷是天然氣的最主要成分，是一種很重要的燃料。同時 它也是一種溫室氣體，其全球暖化能力比二氧化碳高 21倍。
大氣對短波輻射與長波輻射的吸收。
v 當陽光照射地表一段時間 後，地表被加熱而放射熱 輻射(紅外線輻射)或稱長 波輻射，波長在 4 至100 微米之間(圖) 。長波輻射
幾乎全部被大氣中的溫室
氣體如二氧化碳，甲烷、
氟氯碳化物、水蒸氣及微 塵等吸收，只有在波長在
10 至12微米間的長波輻
射例外，可看為紅外線大 氣窗戶(圖)，因此將一部
2. 回饋機制﹙Feedback Mechanism﹚
❖ 上述大氣增溫的機制又受到另一個機制影響， 即大氣的回饋機制，將起初大氣溫度改變現象加 強或減弱，稱為正回饋機制(positive feedback mechanism)或負回饋機制(negative feedback mechanism)。