问题

大气中的杂质(一些气体,云量)既可削弱太阳辐射,又可增强大气逆辐射,所以到底是增温还是降温?

回答
大气中的杂质,例如一些气体和云层,确实像一把双刃剑,它们对太阳辐射和地球自身发出的辐射都有影响,这使得判断其总体效果是增温还是降温变得复杂。我们来详细梳理一下这个过程:

首先,我们来看看杂质如何“削弱太阳辐射”:

太阳辐射到达地球,其中一部分会被大气中的杂质吸收或反射回太空。

吸收: 某些气体,比如臭氧,会吸收紫外线辐射。其他气体和气溶胶(悬浮在大气中的固体或液体颗粒,如尘埃、火山灰、硫酸盐、黑碳等)则会吸收可见光和红外辐射。当杂质吸收了太阳辐射的能量,这些能量就被“截留”在大气中,而无法到达地表。
反射(散射): 云层是强大的反射者。水滴和冰晶组成的云层会将大量的太阳辐射反射回太空,就像一面巨大的镜子。气溶胶颗粒也会将太阳辐射向各个方向散射,其中一部分散射到太空。被散射回太空的太阳辐射,同样没有机会被地表吸收。

这两方面的作用(吸收和反射)都会导致到达地表的太阳辐射总量减少。 如果到达地表的太阳辐射减少,那么地表吸收的能量就会减少,这从理论上讲,会带来一个降温的效果。

接着,我们再看看杂质如何“增强大气逆辐射”:

地球在吸收了太阳辐射后,自身也会向外释放能量,这主要是以红外辐射的形式。然而,大气中的一些杂质,特别是温室气体,会与这些红外辐射发生作用。

吸收红外辐射: 温室气体(如二氧化碳、甲烷、水蒸气等)对地球发出的红外辐射有很强的吸收能力。它们会吸收这些辐射,并将一部分能量重新以红外辐射的形式向各个方向发射。
重新发射: 当温室气体吸收了地球发出的红外辐射后,它们会向四面八方重新发射。其中一部分辐射会射向太空,但很大一部分会重新射回地表。这就像给地球盖上了一层“保温被”。

因此,大气中的杂质(尤其是温室气体)增强了大气向地表返还的红外辐射,这使得地表和低层大气能够保留更多的热量,从而带来一个增温的效果。

那么,到底是增温还是降温?这取决于不同因素的相对强度和性质:

这就像一场拉锯战,一方面杂质在“阻挡”太阳光进来,试图让地球“凉快”些;另一方面,它们又在“留住”地球散发的热量,试图让地球“暖和”些。最终是升温还是降温,取决于哪一方的力量更占优势。

云层的作用: 云层的影响非常复杂。
白天: 它们强大的反射作用会显著减少到达地表的太阳辐射,带来降温效应。
夜晚: 云层会阻挡地球向太空散发热量,就像一层毯子,会增强地表的保温效果,带来增温效应。
整体: 在全球平均尺度上,白天的降温作用通常会比夜晚的增温作用更强,因此云层整体而言可能是一个轻微的降温因素,但这受到云的类型、高度、厚度等多种因素的影响。高而薄的卷云,其保温作用可能大于遮蔽作用,从而带来净增温。低而厚的层积云,其遮蔽作用通常更强,带来净降温。

气溶胶的作用: 气溶胶的影响同样复杂且多样。
反射/散射: 大多数气溶胶(如硫酸盐、尘埃)会将太阳辐射反射回太空,带来降温效应。
吸收: 一些气溶胶,特别是黑碳(煤烟),会强烈吸收太阳辐射,从而加热大气本身,并减少到达地表的太阳辐射,这既可能导致地表降温,也可能导致大气增温。
间接影响(通过改变云的性质): 气溶胶还可以作为云滴或冰晶的凝结核或冻结核,影响云的形成和性质。例如,更多的气溶胶可能导致形成更多但更小的云滴,这会使云层更亮,反射更多的太阳辐射,从而带来降温效应。

温室气体的影响: 温室气体(如二氧化碳、甲烷)的主要作用是吸收和重新发射地球发出的红外辐射,阻止热量散失到太空,因此它们会带来显著的增温效应。

总结来说:

大气中的杂质,特别是云层和大多数气溶胶,通过反射和吸收太阳辐射,倾向于降低地表温度。
同时,温室气体和某些类型的气溶胶(如黑碳),以及云层对地球红外辐射的阻碍作用,倾向于升高地表和低层大气的温度。

当前科学界的普遍共识是,人为排放的温室气体造成的增温效应,目前占据主导地位。 虽然气溶胶和云层也对气候有显著影响,并且其作用的精确量化仍在研究中,但它们对气候的总体影响(尤其是气溶胶的直接效应)被认为是倾向于降温的,这在一定程度上抵消了部分温室气体带来的增温效应。如果不是有这些“降温”因素的存在,全球变暖的幅度可能会更大。

所以,问题的答案不是非此即彼的“增温”或“降温”,而是取决于具体杂质的种类、浓度、物理性质以及它们与辐射相互作用的复杂机制。但从当前全球气候变化的趋势来看,温室气体带来的增温效应是主要驱动力。

网友意见

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增温和降温要看是用在什么场合。从整个大气圈来说,水蒸气及后续产物云是可以降低到地光辐射能导致降温,但因为云层会冷凝降雨消解,不是持续降温因素。由于云层局部可以抑制红外段向太空辐射形成保温效果,但这不是增温,只是保温,划重点。甲烷和二氧化碳等气体在地球大气环境无法形成反射太阳辐射的云层,反倒是因为分子量高,可以很有效的抑制红外端向太空的辐射,这就是增温效应。

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