作者：橡樹(shù)村

溫室氣體里面，最重要的是二氧化碳，第二重要的就是甲烷。甲烷實(shí)際上也是大自然的碳循環(huán)的一部分，在陸地上，含有碳的有機(jī)物在厭氧條件下分解，最終產(chǎn)物就是甲烷。不過(guò)和二氧化碳相比，甲烷的質(zhì)量在碳循環(huán)中要少很多很多。甲烷在大氣中的含量也不高。根據(jù)冰芯的研究結(jié)果，在過(guò)去的65萬(wàn)年里面，大氣中的甲烷含量也一直有波動(dòng)，最低的時(shí)候是在冰河期，有400ppb，或者說(shuō)0.4ppm，最高的時(shí)候就是在間冰期，或者說(shuō)不是冰河期的時(shí)期，可以達(dá)到700ppb，或者說(shuō)0.7ppm。與大氣中二氧化碳數(shù)百個(gè)ppm相比，大氣中甲烷的含量?jī)H有二氧化碳的千分之幾。不過(guò)這并不表示甲烷的溫室效應(yīng)不重要。實(shí)際上，對(duì)于同等量的氣體，甲烷的溫室效應(yīng)要比二氧化碳高上幾十倍。不過(guò)甲烷本身并不像二氧化碳那樣，需要大自然幾百上千年的時(shí)間才能消化，甲烷是可以緩慢氧化分解的，最終的產(chǎn)物是水和二氧化碳，這個(gè)過(guò)程也不算快，需要幾十年上百年的時(shí)間，不過(guò)總是比二氧化碳的清除要快了不少。

65萬(wàn)年來(lái)大氣主要溫室氣體濃度變化情況

最近1萬(wàn)年的時(shí)間內(nèi)，工業(yè)化以前，大氣中的甲烷含量一直在580-773ppb之間緩慢變化。有兩個(gè)地方值得注意，一個(gè)是基本上大氣中甲烷的含量一直沒(méi)有超出這個(gè)波動(dòng)范圍，另一個(gè)是說(shuō)歷史上甲烷含量的變化都是很緩慢的。工業(yè)化以后，情況就不一樣了，2005年，大氣中甲烷的含量達(dá)到了 1774.62+-1.22ppb，是工業(yè)化之前1萬(wàn)年以內(nèi)最高值的兩倍多，并且這個(gè)變化很明顯是在人類(lèi)工業(yè)化行為開(kāi)始之后發(fā)生的。至少可以肯定在過(guò)去的 8萬(wàn)年時(shí)間里面，最近一百年大氣中甲烷的濃度增加速率是最快的；65萬(wàn)年以來(lái)，大氣中的甲烷含量現(xiàn)在也是最高的時(shí)候。這很自然就讓人把人類(lèi)的工業(yè)化與大氣中甲烷含量的升高聯(lián)系起來(lái)。這個(gè)增高導(dǎo)致了什么后果呢？工業(yè)化時(shí)期以來(lái)，大氣甲烷濃度增加所產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫是0.48+-0.05 W/m2。看到?jīng)]有？雖然甲烷的含量?jī)H僅增加了1個(gè)ppm，但是其強(qiáng)迫輻射卻達(dá)到了二氧化碳濃度增加產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫的1.66+-0.17W/m2的四分之一，可以看到甲烷的溫室效應(yīng)有多么強(qiáng)烈。在所有的溫室氣體里面，甲烷對(duì)輻射強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)僅次于二氧化碳。

大氣中主要溫室氣體2萬(wàn)年來(lái)的濃度變化以及輻射強(qiáng)迫變化情況

但是人類(lèi)究竟哪些行為排放了多少量的甲烷，這方面資料非常欠缺。不是人們不想去收集，而是這個(gè)資料收集起來(lái)實(shí)在太難。甲烷的來(lái)源可以有很多種，比如濕地就排放大量的甲烷，自然類(lèi)似濕地環(huán)境的水田，比如稻田，也會(huì)排放甲烷；生物質(zhì)的厭氧發(fā)酵要產(chǎn)生甲烷；反芻動(dòng)物也會(huì)排放甲烷；甚至人防屁也會(huì)釋放甲烷。甲烷的來(lái)源基本上都是生物來(lái)源的，與化石燃料的使用關(guān)系不是很大，當(dāng)然天然氣的泄漏會(huì)提供一部分的甲烷排放，不過(guò)量相對(duì)較小。相對(duì)集中的甲烷排放地點(diǎn)，比如大片濕地、稻田，還可以通過(guò)一些方法來(lái)檢測(cè)，牲畜集中的大型牧場(chǎng)，也可以去跟蹤，但是其他各種各樣分散的甲烷排放，就很難去收集資料。所以，這方面比沒(méi)有多少定量的資料。只是因?yàn)榇髿庵屑淄楫惓Ｔ黾优c人類(lèi)工業(yè)化的時(shí)間吻合，所以才認(rèn)定是人類(lèi)活動(dòng)造成的這個(gè)異常增高，也許與人口的增長(zhǎng)過(guò)快關(guān)系更密切一些？

近期的大氣甲烷濃度變化趨勢(shì)。上圖為實(shí)際濃度，下圖為變化情況

大氣中的甲烷濃度增加最快的時(shí)候是在1970年代末期到1980年代初期，這個(gè)時(shí)候，甲烷每年增加1%以上，很是驚人。不過(guò)隨后，大氣甲烷濃度的增長(zhǎng)率就開(kāi)始明顯下降。從1999年到2005年6年間，大氣的甲烷濃度已經(jīng)穩(wěn)定在了1774ppb的這個(gè)水平，平均增長(zhǎng)基本上是零。換句話說(shuō)，在2000年代上半期，大氣中的甲烷濃度已經(jīng)穩(wěn)定了。這就意味著新增加的甲烷排放，與大自然對(duì)甲烷的清除速度相當(dāng)。不過(guò)，比較平均結(jié)果得到的這個(gè)數(shù)據(jù)，并不意味著甲烷的濃度沒(méi)有波動(dòng)。從1996年到2001年，大氣中甲烷濃度的變化也是很大的。影響大氣中甲烷濃度的原因可以很多，比如濕地對(duì)溫度就非常敏感，濕地地區(qū)的氣候情況，可以影響甲烷的排放。目前雖然有模型認(rèn)為隨著全球溫度的逐漸升高，濕地排放的甲烷應(yīng)該會(huì)逐漸增多，但是究竟會(huì)增加多少，會(huì)有什么樣的作用，在AR4 總結(jié)的時(shí)候還沒(méi)有一個(gè)明確的研究結(jié)果。

在這里加點(diǎn)私貨。雖然國(guó)際上現(xiàn)在有一些組織甚至政府對(duì)甲烷的排放限制很熱心，對(duì)畜牧業(yè)加稅，俗稱屁稅，也已經(jīng)在一些國(guó)家看到了，不過(guò)你可以看到，由于甲烷的濃度已經(jīng)穩(wěn)定，而甲烷的排放又與農(nóng)牧業(yè)密切相關(guān)，涉及到吃飯這個(gè)更基本的人權(quán)問(wèn)題，所以絕大多數(shù)國(guó)家都缺乏對(duì)甲烷排放進(jìn)行限制的熱情，不像二氧化碳的問(wèn)題那樣吵得熱鬧。那些拿著甲烷排放問(wèn)題指責(zé)這指責(zé)那的，特別是不想讓亞洲人吃米的，不想讓窮人吃肉的，大家忽略掉就是了。指責(zé)這些人把科學(xué)問(wèn)題政治化，借著科學(xué)問(wèn)題達(dá)到政治目的，絕對(duì)沒(méi)錯(cuò)的。食品工業(yè)本身排放大量的甲烷，同時(shí)直接間接排放大量二氧化碳，要真在這方面動(dòng)腦筋，應(yīng)該想想怎么讓發(fā)達(dá)國(guó)家節(jié)約糧食，少些浪費(fèi)，而不是對(duì)剛剛解決溫飽甚至還沒(méi)有解決溫飽問(wèn)題的人口們?nèi)ブ甘之?huà)腳。

另外一個(gè)重要的溫室氣體就是氮氧化物，具體說(shuō)是氧化亞氮N2O。這個(gè)東西俗稱笑氣，人呼吸到少量氣體會(huì)令人發(fā)笑，自己還不覺(jué)得，很恐怖的笑容。濃度高的笑氣有麻醉作用，曾經(jīng)被醫(yī)院當(dāng)作麻醉氣體使用，不過(guò)因?yàn)楸容^危險(xiǎn)，早就被淘汰，僅在個(gè)別領(lǐng)域做麻醉使用了。2005年大氣中的氧化亞氮濃度是 319+-0.12ppb。不用擔(dān)心，這個(gè)濃度不會(huì)對(duì)人體有什么直接傷害。工業(yè)化之前，氧化亞氮的濃度有很長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在270+-7ppb左右，相對(duì)來(lái)說(shuō)，與工業(yè)化之前相比，氧化亞氮的濃度增加的不算多，僅有18%。不過(guò)這個(gè)增加趨勢(shì)并沒(méi)有減緩的樣子，最近幾十年在以每年0.8ppb的速率線性增加，比如1998年大氣氧化亞氮濃度只有314ppb，7年增加了5個(gè)ppb，而在工業(yè)化前的11500年的時(shí)間里面，大氣氧化亞氮濃度變化小于10ppb。但是注意到在大約1.5萬(wàn)年前，大氣氧化亞氮濃度也有一段高速上升的過(guò)程，所以在有進(jìn)一步的研究之前，不能把這個(gè)高速上升完全歸結(jié)到人頭上。

人類(lèi)的活動(dòng)的確有能夠?qū)е卵趸瘉喌欧诺牡胤?，工業(yè)里面，尼龍行業(yè)會(huì)排放一定量的氧化亞氮，內(nèi)燃機(jī)的燃燒也會(huì)導(dǎo)致一些氮氧化物排放，農(nóng)業(yè)里面化肥的使用可能是人類(lèi)排放氧化亞氮的大頭，土地的變化也會(huì)導(dǎo)致氮氧化物的釋放。關(guān)于氧化亞氮的研究目前還比較少，所以目前也說(shuō)不好人類(lèi)的活動(dòng)究竟對(duì)氮氧化物增加有多大的貢獻(xiàn)，比較可靠的估算認(rèn)為人類(lèi)貢獻(xiàn)了大約40%。具體到某個(gè)單獨(dú)排放源的貢獻(xiàn)，就更難估算了。目前，因?yàn)榇髿獾趸餄舛仍黾佣鴮?dǎo)致的輻射強(qiáng)迫，是 0.16+-0.02W/m2，僅是二氧化碳增加導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫的十分之一。

近期大氣氧化亞氮濃度的變化

其他比較重要的溫室氣體，就是氟氯烴了，也就是氟氯昂。氟氯昂是純粹的人為排放的溫室氣體，大自然里面原來(lái)是沒(méi)有的，所以大氣里面所有的氟氯昂都可以歸結(jié)到人類(lèi)的活動(dòng)上，非常簡(jiǎn)單明了，沒(méi)有爭(zhēng)議。不過(guò)在蒙特利爾議定書(shū)簽訂之后，人類(lèi)已經(jīng)大規(guī)模減少了氟氯昂的應(yīng)用，排放減少迅速。而氟氯昂在大氣中的存在壽命并不是很長(zhǎng)，所以大氣中的氟氯烴的比例已經(jīng)明顯下降。2005年，這些接受蒙特利爾議定書(shū)約束的氣體，所貢獻(xiàn)的輻射強(qiáng)迫是0.32+-0.03W/m2。京都議定書(shū)里面還列出了一些工業(yè)氟化氣體，比如氫氟碳化物HFCs，全氟化碳PFCs，還有六氟化硫SF6。這些氣體的濃度還都很低，不過(guò)增加的趨勢(shì)也是很明顯的，需要加以監(jiān)視，并有可能在以后受到限制。2005年，這幾樣氣體產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫是0.017W/m2。

大氣氟氯烴和工業(yè)氟化氣體的濃度變化情況

臭氧也是溫室氣體。雖然臭氧自身的生命期很短，但是大氣自己就可以產(chǎn)生臭氧，所以是有一個(gè)長(zhǎng)期的濃度存在的。對(duì)流層的臭氧的產(chǎn)生，受大氣具體條件影響很大，目前只能夠做到對(duì)對(duì)流層臭氧分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)和模擬。臭氧濃度和溫度有一些關(guān)系，不過(guò)更可能與一些高溫導(dǎo)致的其他揮發(fā)性物質(zhì)有關(guān)系。目前人們對(duì)于對(duì)流層臭氧的了解還很有限，估計(jì)的輻射強(qiáng)迫是0.35[0.25-0.65]W/m2。平流層臭氧會(huì)受到氟氯烴的影響，這也是蒙特利爾議定書(shū)對(duì)氟氯烴的使用進(jìn)行限制的主要原因。氟氯烴目前仍然存在在大氣里面，所以對(duì)平流層臭氧層的破壞仍然存在，對(duì)于這個(gè)影響的相關(guān)了解還不多，處于中等水平?；旧希商乩麪栕h定書(shū)所管制的氣體，目前對(duì)臭氧層破壞導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫在-0.05+-0.10W/m2的水平。注意到這個(gè)數(shù)值可能是負(fù)的，說(shuō)明其可能減輕溫室效應(yīng)的作用。蒙特利爾議定書(shū)的目的是停止對(duì)平流層臭氧的破壞，2005年的結(jié)果，全球平流層臭氧仍然比1980年代以前的數(shù)值低了4%，臭氧層的恢復(fù)是否已經(jīng)開(kāi)始還不好確定，但是至少，平流層臭氧損耗趨勢(shì)已經(jīng)停止了，這也算是人類(lèi)通過(guò)控制自己的行為挽回對(duì)環(huán)境的影響的一個(gè)例子。

對(duì)對(duì)流層臭氧輻射強(qiáng)迫的估計(jì)誤差還是不小的

此外還有一些短生命期的溫室氣體，比如二氧化硫，一氧化碳。這些氣體被大氣清除的速度很快，濃度變化很大。但是因?yàn)槠湓诖髿庵型Ａ舻臅r(shí)間太短，很難對(duì)氣候產(chǎn)生影響，所以對(duì)溫室效應(yīng)的作用基本上可以忽略，當(dāng)然，一些氣體會(huì)通過(guò)其他機(jī)理來(lái)影響氣候，比如二氧化硫，后面會(huì)談。

最后，就是溫室氣體里面最重要的水汽。其實(shí)水蒸氣的溫室效應(yīng)最為強(qiáng)烈，比二氧化碳可是強(qiáng)多了。不過(guò)你很少聽(tīng)到人們?cè)谡務(wù)摽刂茰厥倚?yīng)的時(shí)候說(shuō)水。人類(lèi)活動(dòng)所直接排放的水汽，主要包括灌溉，還有化石燃料燃燒等。實(shí)際上化石燃料燃燒導(dǎo)致的水汽影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于農(nóng)業(yè)用水對(duì)水汽的影響。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，人類(lèi)這些活動(dòng)對(duì)輻射強(qiáng)迫的直接影響基本上可以忽略。只是在全球平均溫度上升的情況下，對(duì)流層的水汽濃度會(huì)增加，從而對(duì)整個(gè)溫室效應(yīng)起到作用。但是這個(gè)作用，并不是導(dǎo)致氣候變化的一個(gè)因素，而是因?yàn)闅夂蜃兓a(chǎn)生的反饋，所以就不被列到輻射強(qiáng)迫里面。多說(shuō)一句，大氣里面的水對(duì)氣候的影響非常復(fù)雜，不被列入輻射強(qiáng)迫的項(xiàng)目中不等于相關(guān)的研究人員忽視了水的作用，后面會(huì)涉及到水的影響的幾個(gè)主要方面。水導(dǎo)致的直接輻射強(qiáng)迫也是有的，甲烷氧化也會(huì)導(dǎo)致平流層一些水的增加。人們雖然對(duì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)程度很低，不過(guò)由于甲烷的濃度很低，這個(gè)作用對(duì)輻射強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)還是不多的，目前估計(jì)為0.07+-0.05W/m2。

人的活動(dòng)不僅僅帶來(lái)正的輻射強(qiáng)迫，還有負(fù)的輻射強(qiáng)迫

總結(jié)一下溫室氣體的輻射強(qiáng)迫。二氧化碳1.66W/m2，甲烷，0.48W/m2，氧化亞氮，0.16W/m2，氟氯烴，0.34W/m2，臭氧，平流層 -0.05W/m2，對(duì)流層0.35W/m2，來(lái)自甲烷的水汽0.07W/m2。因?yàn)檫@些單獨(dú)的因素之間有可能互相影響，所以這些數(shù)字不能簡(jiǎn)單的數(shù)字相加，綜合起來(lái)是多少后面再談?？偟膩?lái)說(shuō)，人類(lèi)活動(dòng)所導(dǎo)致的溫室氣體排放，的確導(dǎo)致了一個(gè)很大的正方向的輻射強(qiáng)迫，有利于地表的升溫。不過(guò)人的活動(dòng)可不僅僅是在增加輻射強(qiáng)迫，還有不少行為在降低這個(gè)輻射強(qiáng)迫呢，都有哪些呢？

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