温室效应

大气中 CO2、O3、水蒸气、悬浮水滴和云层中冰晶以及卤代烃等微量气体能有效吸收地面辐射中的各波段谱线（见图 7-9），即有相当一部分能量被大气中的这些组分吸收。随后，吸收的辐射又被这些气体以相同波长发射， 其中一部分返回地面。这样，大气就像一个“玻璃屋顶”（“屋顶”高度约在距地面 15km 处，地面长波辐射到此已大部分被吸收），“屋顶”与地面之间形成一个“温室”，可以对地面起保温作用。

我们已经知道，地球是一个辐射体，且可以粗略地视之为黑体。如图 7-10

（a）所示，受太阳辐射输入能量后，地面温度不断升高，直到发射能量与注入的太阳能平衡为止。达到辐射平衡时的简化关系式为：

E = σT⁴

式中 E——输入而又被地面吸收的太阳能； T0——达到平衡时的地面温度。

现在我们假设在地面之上 15km 处安装一个玻璃屋顶，其温度 Tg=-30℃， 如图 7-10（b）所示。假定该屋顶是一个不完全理想的黑体，即除了吸收太阳辐射能外，还允许部分太阳辐射透过而进入地面。考虑新的能量平衡状态下，对玻璃屋顶来说有

2σT⁴ = σT ' ⁴

g 0

其中 T′0 为地面最终温度。所以

T′0=2^1/4Tg=1.19Tg

由此可计算得 T′0=289K，即 16℃。这一计算过程与以上地球-大气系统温度的计算过程都很粗略。到目前为止，所有关于温室效应的深层研究都依赖于数学模型，且基于大气中各种温室气体的有关数据而建立。