温室气体来源分析

壹、溫室氣體來源分析

一、自工業革命後，大氣中人為排放的溫室氣體濃度不斷地持續增力，全平均地表溫度亦自1890年至今上升0.3-0.6C，並導致全球氣候變化，造成地表溫度變化的原因可歸納出有三點：

1.氣候內部系統的自然變化。

2.人為排放溫室氣體的濃度增加，使得氣候因輻射作用力的變化，而產生變化，根據IPCC 之報告指出，未來可能列管之溫室氣體主要有四種：CO2、CH4、N2O以及蒙特協定已列管生命週期超過萬年之氟氯碳化合物（簡稱CFC）。

3.由於太陽入射角變化或火山爆發生生之懸浮微粒之影響，所造成的輻射作用力的自然變化。

二、溫室氣體來源分析

1.二氧化碳

目前一般預測大氣CO2濃度增加為兩倍時，全球溫度將上升1.5到4.5℃之間(IPCC，1995)。根據IPCC發表的報告，全球氣候受溫室效應的影響，由現在至2100年止，全球平均海水面溫度可能將增加2℃。

大氣中的N2O的主要來源有二：

1.天然來源包括：海洋和土壤的自然釋放；

2.人為排放則包括：農田耕作，生質燃燒，汽車排放和工業生產等。

由表可發現來自耕地的釋放量在1990年至1997年間幾乎呈直線上升趨勢，顯示台灣地區在這段期間裡雖然農耕面積沒有增加，但因缺乏人力，乃大量不當的使用化學肥料所致。

二、氧化亞氮N2O

畜牧飼養是N2O釋放量的來源之一，僅次於土壤耕作所佔比例，佔18.5%強，且有持續上升的趨勢，乃飼畜量成長所致，但與農業部門一樣，相較於人為排放之N2O量，仍可謂相當輕微。

溫室氣體N2O釋放量在年度間之變化

Gg

台灣地區1990年N2O排放統計

三、甲烷CH4

CH4的主要來源是排泄物所致，因此在飼養數量不考慮的情況下，有效分離固形排泄物製作堆肥，並將殘餘廢液集中處理，使其得以作為小型發電站或燒料無應站。至於反芻類動物胃部發酵排氣，則有賴政策上的考量飼養數量來做決策。

人民生活水準提高之後，對畜產品的需求必然增加，可是由於禽畜的排泄物所帶來的污染，尤其是對CH4與N2O釋放量的增加，帶來了溫室效應的壓力。根據美國科學院二氧化碳評估委員會表示，當二氧化碳濃度倍增時，全球平均氣溫上升3±1.5℃。

台灣地區1990年CH4排放統計

三、溫室效應對氣候變遷的衝擊

1.氣候受暖受潮-->糧食向極區移動。

沙漠、草原增加，森林減少。

威脅邊緣農業。

海平面上升，洪水增多，可耕地面積減少。

2.二氧化碳濃度上升-->植物變得更大。

某些農產品產量增加。

雜草變得更大。

加速沙漠化。

肥料需量增加。

二氧化碳為作物行光合作用所必需的氣體，原則上在330到660ppmv濃度下，CO2濃度愈高產量也愈高，在研究模擬結果中也有此現象存在，但產量增加的趨勢則因作物別及期作別而異。

對CO2濃度在330、440、550及660 ppmv下模擬之作物產量，其結果在各地區CO2濃度增加下，水稻、大豆及花生之產量也會增加，而高梁及玉米二品種在330ppmv時最高，440到660時降低，但在此範圍內，CO2濃度增大時，產量也會增加。除大豆及花生兩種作物外，其他三種作物的產量，以基準氣象之330ppmv CO2濃度下產量較高，而如提高CO2則不一定會增加。

以上資料來源：

楊任徵、方良吉（1996）台灣地區能源部門溫室氣體統計－基準年、歷史及趨勢分析能資所報告第06-3-85-186號

谷復渝、楊任徵、方良吉（1995）台灣地區人為溫室氣體統計－工業製造、農業、土地利用、廢棄物能資所報告第06-3-84-0071號

貳、溫室氣體及懸浮微粒

一、前言

生命的發生、延續，自然界的繽紛色彩，氣溫變化，雲、雨、暴風雨...等等，都受到太陽輻射直接或間接的影響。太陽輻射製造生機，提供人類賴以為生的能源，提供大氣運動所需的能量，參與塑造地球的氣候。如果氣候變化只受太陽輻射影響，它的運作將是極其容易掌握，氣候預測更不是問題。然而，大氣(善變的流體)的存在，使氣候變化變得極其複雜（見第四章），難以捉摸。

太陽往四面八方放射出能量，單位面積強度與距離的平方成反比。地球距離太陽約6370公里，因此只有一部份太陽輻射能量為地球所攔截，它相當於1370 Wm-2。如果將這些能量平均散布在地球表面，而且假設反照率為0.3(亦即有30%的太陽輻射被反射回太空，地球只吸收了其中的70% )，則為約342Wm-2。假設地球沒有大氣，在輻射平衡狀態下( 亦即，地球吸收的太陽輻射量等於本身所放射出的輻射量)，地球表面的平均溫度約為255K( 亦即，-18℃)。此一溫度比目前地表的全球平均氣溫15℃低了許多，相當於中緯度地區高度5公里處的氣溫。大氣的存在使地表氣溫上升了約33℃，溫室效應是造成此一溫度差距的原因之一。

溫室效應造成的全球暖化現象是全球環境變遷中最重要的議題之一。在討論人造污染是否導致全球暖化之前，我們必須瞭解太陽輻射的特性，以及大氣成分對其影響。

二、輻射的特性

輻射是經由電磁波傳送的一種能量。正如重力或磁鐵在真空中能使單擺擺動，電磁波能量同樣不需透過任何介質，可在真空中傳遞。X射線、紫外線、可見光、微波、無線電波等都是電磁波的一種。對氣候影響最大的部份為紫外線至紅外線之間的波段，也是太陽輻射最強的波段（圖3-1）。

任何物體皆會放射出輻射。一個物質的輻射性質如果遵守基本的輻射定律（如浦朗克定律(Planck's law)、外因位移律(Wien's displacement law)、克希何夫定律(Kirchoff 's law)等，稱之為黑體(blackbody)，是一理想狀況下的物質。黑體吸收所有的入射輻射，既不反射也不讓輻射穿透。黑體輻射的特性之一是能量與溫度的四次方成正比（此為浦朗克定律）。傳至地球的太陽輻射多來自太陽光球（亦即是肉眼看到的部份），其溫度約為5800K；地球的輻射平衡溫度為255K。如果將太陽與地球當成黑體，太陽輻射強度約為地球輻射強度的30萬倍。

具黑體輻射特性的物質，如果溫度較高，放射出的能量集中在波長較短的波段；相反的，溫度較低，能量集中在波長較長的波段。此為外因位移律，亦即具最大能量的電磁波波長與溫度成反比。如將太陽當成黑體，其最大的輻射集中在可見光部份(波長0.4～0.7μm)。地球的輻射平衡溫度遠低於太陽的溫度，因此能量集中在波長較長的紅外線波段(波長約在10μm附近)。

由圖3-2，我們可清楚可看到太陽與地球輻射能量集中的波段，彼此之間相距甚大，重疊的部份很少，而且都是在能量很小的波段。我們因此可以很容易分辨太陽及地球的輻射。太陽輻射由於波長較短，通稱為短波輻射；地球輻射，相對而言，波長較長，稱為長波輻射。

三、溫室氣體與溫室效應

黑體均勻地吸收及放射每一波段的輻射。一般氣體並非黑體，會選擇性的吸收某些波段的輻射。地球大氣中的許多氣體幾乎不吸收可見光，但專門吸收長波輻射。圖3-3是多種氣體在各波段的吸收率。比如，水汽( H2O )在小於0.8μm波段的吸收率幾乎為零，但是在較長波部份( 比如，5μm )的吸收率幾乎為1，亦即完全吸收。二氧化碳( CO2 )在波長大於15μm以上的輻射有絕佳的吸收率。氧(O2 )，臭氧(O3)，氧化亞氮( N2O )，甲烷( CH4 )等也都有類似的特性。除了吸收長波輻射，氧及臭氧更吸收了大部份的紫外線，讓地球生物倖免於紫外線的毒害(見第五章)。

這些擅長吸收長波輻射但不喜吸收短波輻射的氣體，允許約50%的太陽輻射穿越大氣，為地表吸收，卻幾乎攔截所有的地表及大氣輻射出的能量，減少能量的損失，並且再將之放射出來，使得地表及對流層溫度升高。如果將在大氣層頂的太陽輻射強度(342 Wm-2)當成100單位，地表吸收了89單位由大氣往地表放射的長波輻射，遠大於它所吸收的短波輻射量(約50單位)。在夜晚，大氣繼續放射長波輻射，使地表不致於因缺乏太陽輻射而變得太冷。這些氣體的影響類似農業用溫室的暖化作用，因此稱為溫室氣體，它們的影響則稱為溫室效應。大氣的存在不但暖化地表，而且降低了日夜溫差。

如果考慮大氣的輻射特性，但不考慮大氣可以流動的特質，大氣溫度的垂直分布應如圖3-4中的虛線，實際的溫度分布則為實線。比較二者，我們發現若只考慮輻射平衡，地面溫度比實際溫度高出許多，而對流層頂(約10公里處)則太低，因此溫度垂直遞減率遠大於實際大氣的垂直遞減率。此一狀態下的大氣勢必相當不穩定，容易產生劇烈的對流，使熱空氣上升，冷空氣下降，淨效應為將熱量往上傳。地表附近氣溫因此下降，高層氣溫則