注：本文轉(zhuǎn)載自“含氟氣體與環(huán)境問題”公眾號。

溫室氣體和氣候的輻射強迫 太陽帶給地球的熱量由于自然溫室氣體的存在而被放大，水蒸氣是一個重要的例子。這些氣體在地球大氣中天然的豐富儲量改變了進入地球的太陽輻射和離開地球的紅外輻射之間的平衡，起到溫暖大氣和地表的作用。如果沒有這種天然溫室氣體效應(yīng)，地表會比現(xiàn)在冷得多。在工業(yè)時代的人類活動導致了大氣中一些長壽命和短壽命溫室氣體的長期持續(xù)增長。這其中包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、（N₂O）、對流層臭氧，以及鹵代烴。消耗臭氧層物質(zhì)及其替代物在今天的大氣鹵代烴中占有較大比重。由人類活動而產(chǎn)生的這類氣體濃度的上升導致地球吸收了許多本該離開地表的輻射，這使得大氣和地表變得更為“溫暖”。這種由人類活動帶來的地球熱輻射平衡的改變被稱為“氣候的輻射強迫”，簡稱 “氣候強迫”，指它造成的對流層頂?shù)哪芰髯兓?，單位為瓦?平方米（W/m2）。輻射強迫越大，造成氣候變化的潛在可能性就越大。

圖Q18-1總結(jié)了至2011年工業(yè)革命以來主要長壽命、短壽命溫室氣體濃度增加所帶來的輻射強迫，圖示的所有強迫都與人類活動有關(guān)。通常正強迫和負強迫被用來描述為地表帶來升溫和降溫的效應(yīng)。氣候強迫還會帶來降水類型的改變，甚至引發(fā)天氣。國際氣候評估報告總結(jié)，過去數(shù)十年觀測到的地表增暖和其他氣候參數(shù)的改變，大部分是人類活動產(chǎn)生的大量CO₂和其他溫室氣體所致。

                                  圖Q 39?1溫室氣體的氣候強迫

自工業(yè)革命之初的人類活動（1750年左右）帶來了一些短壽命和長壽命氣體，即溫室氣體的濃度增長。它們的增長導致了氣候的輻射強迫，簡稱氣候強迫。輻射強迫的單位是瓦特/平方米（W/m2）。如圖所示，二氧化碳帶來的輻射強迫，甲烷次之，臭氧因受到污染性氣體、鹵代烴氣體和的影響而增加。這些正強迫導致了地球表面的增暖效應(yīng)。鹵代烴包括所有消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）及其替代物，還有一些其他氣體（見圖18-2）。比較而言，ODS帶來的臭氧減少代表負強迫，使地表降溫，并傾向于抵消部分由鹵代烴帶來的正強迫。柱狀圖上黑色標識表示數(shù)據(jù)的不確定度。

二氧化碳、甲烷和 這三種溫室氣體均來自人為和天然過程。工業(yè)革命以來二氧化碳（CO₂）的累積是人類活動導致的嚴重的氣候強迫。導致大氣中二氧化碳濃度持續(xù)增加的元兇有很多，包括用以支持能源和運輸業(yè)的化石燃料（煤、石油、天然氣）的燃燒，和水泥制造業(yè)。大氣中CO₂的平均值比工業(yè)革命以前（1750年之前）高40 %以上，接近400 ppmv（濃度單位，按體積計算百萬分之一）。CO₂被排放到大氣中以后，很大一部分會在大氣中持續(xù)存在100-1000年時間，因而被認為是一種長壽命氣體。

甲烷是一種短壽命氣體（在大氣中的壽命約為10年）。人為源包括畜牧業(yè)、化石燃料提取及使用、水稻種植業(yè)和垃圾填埋。天然源包括濕地、白蟻和海洋。自工業(yè)革命以來甲烷濃度增長了約150 %。

（N₂O）是一種長壽命氣體（在大氣中的壽命約為110年）。的人為源是農(nóng)業(yè)活動，特別是施肥過程。作為自然界生物地球化學循環(huán)組成部分的土壤微生物過程被認為是N₂O的天然排放源。在平流層，N₂O是最主要的反應(yīng)形態(tài)氮源，并參與破壞臭氧層的過程（見Q2和Q7），自工業(yè)革命以來它在大氣中的濃度增長了約20 %。

                                   圖Q 39?2鹵代烴與氣候強迫

大氣中的鹵代烴氣體對于自工業(yè)革命伊始至2011年間的氣候強迫有很重要的貢獻（見圖Q18-1）。鹵代烴是指一些具有氟氯溴原子的氣體，一部分作為消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）受控于《蒙特利爾議定書》控制，其余作為氣候變化氣體受控于京都議定書（圖中以顏色區(qū)別）。圖中所示是每種或每組氣體各自的貢獻，基于大氣中的歷史濃度和變暖潛能值（GWP，見圖Q18-3）估算得到。右側(cè)標簽中氣體排序按照各自貢獻按照由大到小的順序排列，CFC-13和CFC-15除外（采取合并處理）。底部的總強迫是每項的加和。隨著氟氯碳化物（CFC）被逐漸從大氣中清除，占有貢獻比例的CFC-11和CFC-12所帶來的輻射強迫將持續(xù)減少。與之相反，中期ODS替代氣體含氫氯氟烴（HCFC），預(yù)計會繼續(xù)增長20年。長期ODS替代氣體同樣呈現(xiàn)出增長的趨勢。在這種情況下，由于每種氫氟碳化物（HFC）的驅(qū)動增溫的潛力大相徑庭，對于氣候強迫的總貢獻將主要取決于哪種HFC被廣為使用。

   鹵代烴 大氣中的鹵代烴對于臭氧層破壞和氣候變化都具有不可推卸的責任。這里所說的鹵代烴是指《蒙特利爾議定書》和京都議定書涵蓋的那些具有氟氯溴原子的氣體。消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）即為《蒙特利爾議定書》控制的鹵代烴氣體。而氫氟碳化物（HFC）替代氣體、全氟化碳（PFC）和六氟化物（SF6）受控于京都議定書。在2011年，鹵代烴對于氣候強迫的貢獻是0.36 W/m2，為二氧化碳、甲烷和對流層臭氧之外的第四大輻射強迫貢獻氣體。每種鹵代烴氣體的輻射強迫貢獻標于圖18-2中。在鹵代烴中，氟氯碳化物（CFC）對2011年氣候強迫貢獻（73%），中期消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）替代物含氫氯氟烴（HCFC）緊隨其后（14%）；長期ODS替代物氫氟碳化物（HFC）則貢獻了5 %。

隨著大氣中CFC濃度持續(xù)下降，其對于氣候強迫貢獻也逐漸減?。ㄒ妶DQ16-1）。但基于它們壽命較長，CFC仍將展現(xiàn)重要作用，至本世紀末可能仍是對鹵代烴類氣候強迫貢獻的ODS。受控于京都議定書的鹵代烴（HFC、PFC和SF6）為2011年鹵代烴類氣候強迫貢獻了8 %。據(jù)估計，發(fā)展中國家將加大對HFC的生產(chǎn)和使用力度，這也將帶來HFC對氣候強迫貢獻比重的增加（見圖Q19-2）。

                                 圖Q 39?3 ODPs和GWPs

ODS和它們替代物的環(huán)境效應(yīng)可通過消耗臭氧潛能值（ODP）和變暖潛能值（GWP）來評估（見表Q7-1）。某種氣體的ODP和GWP值越大，相應(yīng)地，它消耗臭氧和引發(fā)氣候變暖的潛力也就越大。我們通過假定一定質(zhì)量的某種氣體被釋放到空氣中以確定其ODP和GWP值。圖中展示的GWP值是以某種氣體排放之后100年為限進行計算。CFC-11的ODP和CO₂的GWP被規(guī)定為1。氟氯碳化物（CFC）、哈龍和含氫氯氟烴（HCFC）是消耗臭氧層物質(zhì)（見Q7），而作為ODS替代物的（氫氟碳化物）HFC并無此種影響（ODP=0）。哈龍的ODP值遠比CFC來得大。圖中所有ODS及其替代物的GWP值均不為零，跨越范圍在2到13000之間。