二氧化碳浓度变化对气温影响有多大？之二

 那么，现在再看二氧化碳和水汽在大气中的浓度又分别是多少呢？

二氧化碳在大气中体积浓度是385ppm（1ppm表示体积浓度为百万分之一），也就是说二氧化碳的体积浓度不到万分之4，但是，大气中的水汽浓度平均高达10，000ppm（1%)，其中在近地面层大气中占4%以上（R.G.巴里，R.J.乔利，1982，高等教育出版社：大气、天气和气候，第3页）。也就是说水汽在空气中的浓度平均要比二氧化碳大很多，是二氧化碳的26倍，而在近地面层大气中更是二氧化碳的100倍以上。

从上面吸收能力的对比，以及浓度大小的对比分析中可已很容易地得到一个结论即：二氧化碳在“温室效应”中的作用远逊于水汽。而鼓吹人为二氧化碳致使全球变暖的“科学家们”，在计算二氧化碳的温室效应是多么严重时，都故意不把水汽考虑在内，他们所说的二氧化碳在温室效应中所占的比例，其实就是二氧化碳在除了水汽以外的温室气体中的比例。

水汽同时还是自然条件下唯一能够进行固态、液态、气态三相转化的气体。水汽的三态转化和大气环流是大气对气温变化的最主要影响因素。

但“科学家们”在讲全球气候变化时却几乎从来不讲水汽的作用。他们的理由是：由于水汽在空气中的分布和浓度变化幅度较大，并且人类活动对大气中水汽含量的影响很小，所以他们认为可以忽略水汽在温室效应中的作用。他们的无知令人惊讶。人类对自然界主要的影响活动是人类的农业生产，而农业生产对大气中水汽浓度的影响是极其巨大和明显的。

 

二氧化碳温室效应的饱和度

 

     事实上，二氧化碳的温室效应已经基本饱和，二氧化碳浓度增加对气候的影响非常微小，完全应该忽略不计。

    第一，二氧化碳的在其最主要的15μm带中心等波段的温室效应已经达到饱和，即使二氧化碳浓度增加8倍,也不再起任何作用。 

    第二，二氧化碳浓度变化对辐射强迫的贡献主要来自15μm带的两翼,其温室效应远远没有达到饱和。但是，在这个波段，二氧化碳的吸收能力远低于水汽，更由于二氧化碳在大气中的浓度远小于水汽，二氧化碳浓度的变化对气候的影响非常之小。

    第三， 10μm带没有饱和。但是其带强比15μm带的峰值强度要小6个数量级以上,其变化对气候的影响微乎其微。

第四，其它的二氧化碳吸收带,如5.2μm带,对辐射强迫的贡献很小,即使大气二氧化碳浓度增加8倍,其10个波数的峰值辐射强迫也小于0.02 W/m2。至于4.3μm吸收带,它对总的辐射强迫的贡献则更小,当大气二氧化碳浓度增加8倍时,其10个波数的峰值辐射强迫也只有0.0002 W/m2左右,它对气候的影响是完全可以忽略不计的。（参见刘玉芝、肖稳安、石广玉，2002,论大气二氧化碳温室效应的饱和度，地球科学进展，17（5），653-657）

 

    并且，地面辐射的95%已经被大气所吸收，温室效应即使再加强，也只是再多吸收5%而已，这5%中还有36%被大气吸收后射向太空（下图所示）。

全球能量收支平衡（小仓义光，1984）

全球能量收支平衡（人教版《高中地理》第一册）

 

    地面辐射有5%左右没有被吸收不是因为温室气体数量不够，而是因为大气窗存在的缘故（此处讲的是地面辐射的大气窗口，即红外窗口）。在1.05、1.25、1.65、2.3、3.8、4.0微米附近，以及在8～13微米波段上，水汽和二氧化碳的吸收能力都很弱（水汽尚有较弱的吸收能力，而二氧化碳的吸收能力几乎为0），从而导致这一部分的地面辐射逃逸到宇宙空间。在这些吸收较弱的波段上，长波辐射可以象光线通过窗户那样透过大气，所以人们将这些波段形象地称做红外窗口。最主要的红外窗口在8～13微米波段上，散失到宇宙空间去的长波辐射中的约90％就是从这个波段逃逸的，故这一谱段常称为红外“大气窗”。

大气的透射和大气窗口（盛裴轩等，2003）

 

也就是说，即使二氧化碳的浓度再怎么增加，地面辐射仍然有大约5%会直接射向宇宙空间。在其他条件不变的情况下，全球气候与现在相比基本上不会有差别，更不会出现“上升2度”、“地球毁灭”等恐怖局面。这正是历史上的二氧化碳浓度一直在200~3000ppm之间波动，但全球气温并没有因之而变化的原因。

但是，臭氧、甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、SO2 F2、NF3和SF5 CF3在红外窗口有较强的吸收能力。这些气体的增加可能会将红外窗口堵住，导致温室效应增加，并可能出现气温升高等现象。水汽在大气窗的吸收能力虽然较差，但其浓度大大高于其他温室气体，并且变化幅度较大，它在大气窗波段的吸收也不容忽视。如果人们对温室效应增强担忧的话，应该对上述气体的排放进行限制，而不是二氧化碳。

排除臭氧、甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、SO2 F2、NF3和SF5 CF3等气体的影响，则大气的温室效应一直极度接近于饱和。温室效应保持了大气的温度，但由于吸收饱和效应的存在，在全球气候变暖变冷中的影响却可以忽略不计。“温室效应增强了气候的温度”本身就是个伪命题。

 

也就是说，二氧化碳在气候变化中作用非常有限。即使我们现在不排放任何二氧化碳，和大量排放二氧化碳一样，气候变化都不会有明显的改变。

 

 结论：

 

（1）水汽才是最主要的温室气体，二氧化碳只是一个微不足道的小量；

 

（2）二氧化碳在其起作用的波段吸收长波辐射的能力一直饱和，要想防止“温室效应”增强，限制在大气窗有较强的吸收能力的臭氧、甲烷、一氧化二氮、SO2 F2、NF3和SF5 CF3等气体的排放才有效果；

 

（3）由于吸收极度饱和，水汽和二氧化碳的增加与减少并不能使气候变暖或变冷。二氧化碳浓度的变化是气候变化的结果而不是原因（这一点我们在第二篇文章中还要专门论述）。气候变化的真正原因，只能从太阳辐射的强弱变化等其他自然因素来寻找，而与二氧化碳无关；

 

（4）方先生和那“255名美国科学院院士”居然连最基本的大气物理学的常识都不知道，甚至连高中一年级的中学生都不如，就在那里大谈什么二氧化碳对气候变化的影响。不清楚他们这样鼓吹“人类排放二氧化碳排放导致全球变暖”，只是因为他们的脑袋不学无术，还是因为受“特殊利益或教条驱使”的影响？这只能请他们自己来回答了。

 

致谢：恩师温景嵩教授给予了作者无微不至的指导，深表谢意！