溫室氣體（Greenhouse gases，GHG）是指大氣層中自然存在的和由于人類活動產(chǎn)生的能夠吸收和散發(fā)由地球表面、大氣層和云層所產(chǎn)生的、波長在紅外光譜內(nèi)的輻射的氣態(tài)成分。常見的溫室氣體有水蒸氣、二氧化碳（CO2）、甲烷[wán]（CH4）等，由于水蒸氣的濃度變化并非受人類活動直接影響，且水蒸氣也不是導(dǎo)致氣候變化的主要驅(qū)動因素，因此，通常所說的溫室氣體主要指二氧化碳、甲烷、氧化亞氮（N2O）、氫氟[fú]碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）等。
1896年，瑞典物理學(xué)家斯萬特·阿累尼烏斯（Svante Arrhenius）首次對溫室氣體與氣溫的關(guān)系進(jìn)行研究。此后，人們對溫室氣體的研究逐漸展開。1997年12月10日，聯(lián)合國氣候變化框架公約第三次締約國會議通過了《京都議定書》，綱要正式規(guī)定削減二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫六種溫室氣體的排放。與其他氣體不同，溫室氣體是大氣中使地球表面溫度升高的氣體，它允許太陽輻射進(jìn)入并阻止其反射，從而實現(xiàn)提高地球溫度的作用，并刺激溫室效應(yīng)的產(chǎn)生。大氣中水汽對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率為60%-70%，主要的溫室氣體是二氧化碳、甲烷及氧化亞氮，它們對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率分別為25%、15%及4%，此外臭氧、全氟碳化物等也有一定貢獻(xiàn)。
19世紀(jì)工業(yè)革命以來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，重工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致化石燃料大量燃燒，人類活動大大增加了大氣中甲烷及二氧化碳等溫室氣體的濃度，引發(fā)全球氣溫上升，威脅人類生存。世界氣象組織（WMO）全球大氣觀測計劃（GAW）站觀測到的全球大氣中二氧化碳濃度在2022年達(dá)到417.9±0.2ppm。溫室氣體排放會引發(fā)極端天氣頻發(fā)，導(dǎo)致全球海平面上升、海洋酸化，加速冰山的融化，對人類的生活、生產(chǎn)造成極大的影響。為了減少溫室氣體排放，世界各國均采取了一些列措施。如建立健全核算監(jiān)測體系、制定溫室氣體排放規(guī)定、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)等。2024年，大氣中的二氧化碳水平創(chuàng)歷史新高，加劇地球面臨的氣溫升高問題。從2023年到2024年，全球二氧化碳平均濃度飆升了3.5ppm，這是自1957年開始現(xiàn)代測量以來的最大增幅。甲烷和一氧化二氮的濃度也已升至創(chuàng)紀(jì)錄水平。
研究歷程及命名
1896年，瑞典物理學(xué)家斯萬特·阿倫尼烏斯運用簡化能量平衡模式首次對溫室氣體與氣溫的關(guān)系展開研究。研究表明，當(dāng)二氧化碳濃度由300ppmv增至600ppmv時，地球表面溫度將上升5℃。由此，阿倫尼烏斯首次計算出地球表面溫度與二氧化碳濃度成正比。20世紀(jì)40年代，人們開始著手研究溫室氣體與氣溫的關(guān)系。20世紀(jì)50年代，隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，各種溫室氣體的濃度急速升高，氣候變暖趨勢日趨明顯。在20世紀(jì)后期，科學(xué)界對大氣中溫室氣體濃度增加將導(dǎo)致全球氣溫大幅上升并對環(huán)境和人類健康造成影響逐漸形成共識。1997年12月10日，聯(lián)合國氣候變化框架公約第三次締約國會議通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約巴黎協(xié)定》，綱要規(guī)定“將空氣中的溫室氣體總量控制在一個合適的水平以防止氣候變化對人類產(chǎn)生的危害”。
大氣層中的二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫等氣體在太陽可見光輻射波段鮮有強(qiáng)輻射吸收帶，卻在紅外波段具有高強(qiáng)度的輻射吸收帶。這些氣體對于太陽的短波輻射幾乎透明，它們吸收地表發(fā)射的輻射，從而維持相對溫暖的地表溫度。這些氣體的存在為地球搭建了一個巨大的隱形“溫室”，從而產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”（Greenhouse Effect）。故而，這一類可產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體被稱作“溫室氣體”。
主要種類
二氧化碳（CO2）
二氧化碳（carbon dioxide）分子式為CO2，分子結(jié)構(gòu)為O=C=O，分子量44.01。二氧化碳由兩個氧原子及一個碳原子組成，它是具有一個對稱中心的三原子分子。二氧化碳是大氣中重要的紅外吸收氣體，在底層大氣中，它的體積混合比為0.036%。濃度雖不高，卻對地表輻射向太空的包括在近峰值發(fā)射的13-17波譜區(qū)的長波輻射在內(nèi)的所有長波輻射擁有極強(qiáng)的吸收作用。太陽輻射出的電磁波具有能量高、波長短的的特點，電磁波可以不受溫室氣體的阻擋輕松到達(dá)地表。地表溫度低，輻射出的電磁波具有能量低、波長長的特點，所以二氧化碳會攔截下很大一部分電磁波，導(dǎo)致地表溫度升高。截至2022年，全球大氣觀測計劃（GAW）站觀測到全球大氣中二氧化碳濃度達(dá)到417.9±0.2ppm。二氧化碳的增溫潛勢被聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）定義為全球增溫潛勢（Global Warming Potential）的參考值。
大氣中的二氧化碳主要來自于含碳物質(zhì)的燃燒、化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、森林資源采伐引發(fā)的土地利用變化及生物質(zhì)燃燒、生物新陳代謝及有機(jī)化合物的發(fā)酵、分解、腐爛、變質(zhì)等。人類活動產(chǎn)生的二氧化碳在大氣中的壽命約為120年，其所造成的增溫效應(yīng)所占份額為63%。其中，化石燃料燃燒和水泥生產(chǎn)所產(chǎn)生的二氧化碳約占二氧化碳人為排放總量的75%。化石燃料中煤炭燃燒排放量最高，石油、天然氣次之。截至2023年，全球每年礦物質(zhì)排放量中有6.6×1010噸碳，全球熱帶森林的損失速度超過9×106-24.5×106km2，二氧化碳濃度逐年遞增。目前，大氣中二氧化碳的濃度已達(dá)1400萬年來的最高值。
甲烷（CH4）
甲烷（Methane），分子式為CH4，是最簡單的有機(jī)化合物，由1個碳原子和4個氫原子以共價鍵結(jié)合。甲烷在大氣中的平均濃度約為1.7ppm，約為二氧化碳濃度的0.49%。但是，甲烷紅外吸收峰高，它可吸收可見光，特別是在光譜的紅端。單位體積內(nèi)甲烷可引發(fā)的溫室效應(yīng)是二氧化碳的30倍。此外，甲烷可與包括氯自由基、羥自由基在內(nèi)的多數(shù)自由基發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的水會形成冰晶云，直接對太陽輻射和降雨造成影響，從而影響地球臭氧層以及地球上的氣候。
1972年進(jìn)行的研究活動表明，北半球地表甲烷氣體的平均濃度為1.41×10-6。1983年起，世界氣象組織（WMO）在世界范圍內(nèi)建立起23個大氣污染本地檢測站，開始正式不間斷地測試大氣中甲烷氣體的濃度。1984年，23個大氣污染本地檢測站的監(jiān)測結(jié)果顯示，全球地表甲烷氣體的平均濃度1.625×10-6。與此同時，這些檢測站的監(jiān)測結(jié)果還顯示出甲烷氣體的濃度具有季節(jié)性特征，夏初甲烷氣體的濃度較低，秋末時濃度最高。1900年，大氣中甲烷氣體的濃度為974ppbv。1960年，大氣中甲烷氣體的濃度升至1272ppbv。1990年，大氣中甲烷氣體的濃度高達(dá)1717ppbv。根據(jù)官方預(yù)測，目前，大氣中甲烷氣體的含量約為1.7ppmv，且以1.4%的增速逐年遞增，其濃度將在2030年達(dá)到2340ppbv，使大氣溫度升高0.42℃。
甲烷的來源一般分為生物來源和非生物來源，其中，生物來源包括反芻亞目（如牛）、白蟻的腸道、海底和湖底的缺氧沉積物、沼澤濕地、海洋和植物等。非生物資源包括油氣田逸失、煤礦逸出、火山、輸氣管及工業(yè)逸失、機(jī)動車、城市固體廢棄物和污水處理和生物燃燒等。其中，濕地是向大氣排放甲烷的最大天然來源，約占大氣甲烷排放量的20%至30%。在生物來源排放中，沼澤每年會產(chǎn)生150Tg的甲烷，牛、羊等牲畜消化系統(tǒng)的發(fā)酵過程每年會產(chǎn)生100-150Tg的甲烷，生物體腐敗產(chǎn)生的甲烷氣體約在10-100Tg之間。在非生物資源排放中，煤礦逸出每年會產(chǎn)生10-35Tg的甲烷，油氣田逸失的甲烷約為10-30Tg，輸氣管和工業(yè)逸失約為15-45Tg，生物燃燒所產(chǎn)生的甲烷約在10-40Tg之間。此外，北極永久凍土和海底甲烷包合物釋放的甲烷以及化石燃料行業(yè)的逸散性排放和氣體排放也是全球變暖發(fā)展的重要原因。
聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）于1996年發(fā)布的第二次氣候變化評估報告顯示，1750年至1990年間，甲烷氣體的排放量增加了145%。國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）表示，2021年全球甲烷年排放量約為5.8億噸，其中約40%來自自然源排放，其余60%來自人類活動。其中，全球能源部門甲烷排放約占人為甲烷排放總量的40%。自工業(yè)革命以來，全球氣溫上升的30%是由甲烷造成的。與二氧化碳相比，甲烷在100年期間的全球增溫潛勢為29.8±11，在20年期間為82.5±25.8。這意味著，1噸甲烷泄漏相當(dāng)于排放82.5噸二氧化碳。
氧化亞氮（N2O）
氧化亞氮（nitrous 氧化物）是痕量氣體，由兩個氮和一個氧原子組成，化學(xué)式為N2O，無色且有甜味。氧化亞氮在大氣中的絕對量低于甲烷及二氧化碳，其增溫潛勢卻是二氧化碳的298倍、甲烷的4-21倍。氧化亞氮對溫室氣體引起的溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率為5%-6%，它的性質(zhì)極其穩(wěn)定，在大氣的平均停留時間約為114年。氧化亞氮在對流層中為惰性氣體，但進(jìn)入平流層后會與平流層中的臭氧（O?）發(fā)生反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)氧化亞氮從對流層向平流層的輸送過程，打破對流層氧化亞氮的平衡并破壞平流層中的臭氧，使更多小于0.3μm的紫外線穿透大氣，成為氮氧化物的重要來源，并進(jìn)一步發(fā)生自由基反應(yīng)。大氣中氧化亞氮的升高會導(dǎo)致平流層中臭氧體積分?jǐn)?shù)的減少，從而對臭氧層造成破壞。。
氧化亞氮的主要來源可分為自然源的排放及人為排放。自然源主要是土壤和海洋的自然排放；人為排放主要來自于農(nóng)業(yè)土壤氮肥的廣泛使用、畜牧業(yè)的有機(jī)堆肥、工業(yè)氮化工原料的制造、化石燃料及生物質(zhì)的燃燒。有報告顯示，大約40%的氧化亞氮的排放來自人類，其余的是自然氮循環(huán)的一部分。人類每年排放的氧化亞氮所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)相當(dāng)于約30億噸二氧化碳排放所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。工業(yè)革命前期，大氣中的氧化亞氮濃度一直維持在較低的水平上。自工業(yè)革命后，人類活動排放的氧化亞氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然環(huán)境氧化亞氮的轉(zhuǎn)化量。天然植被下的土壤是氧化亞氮的重要來源，占所有自然產(chǎn)生氧化亞氮排放量的60%。其他自然來源包括海洋和大氣化學(xué)反應(yīng)。此外，濕地也是氧化亞氮的排放源。1987年，位于夏威夷的冒納羅亞觀象臺及全球大氣化學(xué)本底站開始著手對大氣中的氧化亞氮濃度進(jìn)行監(jiān)測。1987年至2007年間，各觀象臺和本底站監(jiān)測到大氣中的氧化亞氮濃度正以0.25%的增幅逐年遞增。1998年，可觀測到的氧化亞氮濃度總量為1510Tg（折合成氮）。
氫氟碳化物（HFCs）
氫氟碳化物（Hydrofluorocarbons），化學(xué)式為HFCs，是烷烴的氫原子被氟原子取代，且沒有完全被氟原子取代后產(chǎn)生的化合物。氫氟碳化物是人造有機(jī)化合物，也是最常見的有機(jī)氟化合物類型，大多數(shù)是室溫常壓下的氣體。氫氟碳化物是氟利昂（氯氟碳化合物）的替代物，它不會直接對臭氧造成破壞。但是，它是一種烈性溫室氣體，在大氣中的生命期較長，它的全球增溫潛勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二氧化碳、甲烷、氧化亞氮。1995年，全球氫氟碳化物排放量約為25萬噸。
全氟碳化物（PFCs）
全氟碳化物也稱全氟化碳，是一種完全惰性、低黏度、能溶解大量氣體的碳-氟化合物。全氟碳化物是氟利昂的替代物，它不會直接對臭氧造成破壞。但是，它是一種烈性溫室氣體，在大氣中的生命期長達(dá)數(shù)千年。全氟碳化物主要包括CF4、C2F6及C4F10，在大氣中十分穩(wěn)定。其中，CF4、C2F6及C4F10三種物質(zhì)具有極強(qiáng)的溫室效應(yīng)，其增溫潛勢分別為二氧化碳的6500倍、9200倍及7000倍。目前，全氟碳化物的消除機(jī)制為緩慢光解，光解的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人類活動排放的速度。鋁生產(chǎn)被認(rèn)為是全氟碳化物最大的排放源。
六氟化硫（SF6）
六氟化硫由一個硫原子及六個氟原子組成。六氟化硫是無色、無臭、不爆炸、不燃燒、電負(fù)性強(qiáng)的惰性氣體，具有極強(qiáng)的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。六氟化硫在大氣中的壽命約為3200年，它的溫室效應(yīng)極強(qiáng)，其增溫潛勢為二氧化碳的23900倍。六氟化硫的消除機(jī)制為緩慢光解，光解的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人類活動排放的速度。截至目前，南半球與北半球可觀測到的六氟化硫濃度已達(dá)到5pptv，并在持續(xù)增長。六氟化硫為人為產(chǎn)物，由硫在氟政企中燃燒制成。因其良好的絕緣能力及滅弧性能，它被廣泛用在鋁鎂冶煉工業(yè)及電力行業(yè)中。
主要影響
為了加速工業(yè)發(fā)展進(jìn)程，世界各國加大了溫室氣體的排放量。1980年，全球二氧化碳排放總量為50億噸。2004年，全球二氧化碳排放總量已超過73億噸。據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，僅在2019年，全球人為溫室氣體的排放量就已相當(dāng)于590億噸二氧化碳排放量，大氣中二氧化碳和甲烷的濃度值與1750年的平均水平相比分別提高了48%和160%。溫室氣體的大量排放已產(chǎn)生了巨大的影響。二氧化碳增加雖然有利于增加綠色植物的光合產(chǎn)物，但它的增加引起的氣溫和降水的變化，會影響和改變氣候生產(chǎn)潛力，從而改變生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)的土地承載力。
對氣候的影響
溫室氣體的排放直接導(dǎo)致全球平均氣溫上升，引起了干旱、極熱等極端天氣的產(chǎn)生。根據(jù)全球多個專業(yè)機(jī)構(gòu)的儀器數(shù)據(jù)顯示，全球氣溫正因溫室氣體的排放持續(xù)變暖。1860年至1900年間，全球氣溫平均升高了約0.75?°C；1900年至2005年間，全球地表溫度較工業(yè)化前（1850年-1900年）的氣溫基線升高約0.8°C；2011年至2020年間，全球平均氣溫比工業(yè)化前的氣溫基線升高了0.95?°C至1.2°C。根據(jù)NOAA-美國國家海洋和大氣管理局制定的2020年年度全球分析顯示，2020年6下旬，西伯利亞地區(qū)高溫已達(dá)頂峰，韋爾科揚斯克達(dá)到北極圈以北的最高溫38?°C。國際能源局表示，若溫室氣體排放速度得不到有效控制，到2030年，全球的溫室氣體排放量將比現(xiàn)在增加57%。屆時，溫室氣體的排放將導(dǎo)致全球氣溫上升1.5℃至4.5℃，地表的溫度將提高3°C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類歷史上發(fā)生過的升溫幅度。
與此同時，溫室氣體的大量排放所引發(fā)的溫室效應(yīng)將誘發(fā)洪水、山體滑坡、泥石流等災(zāi)害。1998年，菲律賓共有500人死于臺風(fēng)災(zāi)害，孟加拉國共有1300人死于颶風(fēng)災(zāi)害。2000年，委內(nèi)瑞拉的暴雨引發(fā)了特大洪水，洪水共造成3萬人死亡。受溫室效應(yīng)的影響，自2000年以來，登陸中國的臺風(fēng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率明顯上升。2013年7月28日，德國突降冰雹，造成了大量的人員傷亡及財產(chǎn)損失。2020年，包括阿根廷、巴拉圭及巴西在內(nèi)的南美多地均遭受干旱災(zāi)害的侵?jǐn)_，僅巴西的農(nóng)業(yè)損失就已近30億美元。同年，全球熱帶氣旋的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于往年平均數(shù)。2021至2022年，在異常高溫的影響下，加利福尼亞州和美國西部大部分地區(qū)都發(fā)生了森林火災(zāi)災(zāi)害。
對海洋的影響
地球上的海洋總面積占全球總面積的三分之二，每年可吸納20%至30%的二氧化碳排放量，全球海洋溫度的變化對全球氣候系統(tǒng)的變化起著決定性作用。一方面，溫室氣體的大量排放導(dǎo)致氣候系統(tǒng)累積的盈余能量大部分進(jìn)入到海洋中，海洋溫度持續(xù)上升。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球海洋熱量值突破了1960年以來的最高紀(jì)錄，海洋吸收的熱量明顯加快；全球各海域在2020年都經(jīng)歷過一次以上的強(qiáng)海洋熱浪。另一方面，與二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)后，海水的pH值會明顯降低。大氣中的二氧化碳被海洋吸收后會產(chǎn)生碳酸（H2CO3），并分解成碳酸氫鹽離子（HCO - 3）和氫離子（H+）。氫離子（H+）的存在降低了海洋的pH值，增加了海水酸度，從而引發(fā)海洋酸化現(xiàn)象的產(chǎn)生。2015年起，國際氣象組織開始對全球海洋酸化現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，1950年至2020年間，海洋表面的平均pH值從大約8.15下降至8.05。海洋酸化現(xiàn)象持續(xù)攀升，海洋生態(tài)系統(tǒng)被嚴(yán)重破壞，包括珊瑚在內(nèi)的大量海洋生物正在死亡。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會發(fā)布的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報道》中指出，如果溫室氣體的排放量持續(xù)走高，全球海洋的吸熱量在2100年將增加4至7倍，海平面將上升60-110cm，生活在低洼沿海城市的人將面臨風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的威脅。
對冰川的影響
大量溫室氣體的排放引發(fā)的全球氣候變暖導(dǎo)致了南北極冰山加速融化。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，南極二氧化碳濃度持續(xù)飆升，在20世紀(jì)90年代前后升至350ppm，且在逐年遞增。研究表明，溫室氣體持續(xù)排放導(dǎo)致全球氣溫升高幅度逼近2°C，北冰洋的升溫幅度將在3.2°C至6.6°C之間。屆時，北冰洋的冰蓋將會持續(xù)消融。截至目前，全球范圍內(nèi)至少有7個大冰架徹底消失，中國長江、黃河上游的冰川、喜馬拉雅山脈地區(qū)的冰川都在以極快的速度融化。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會指出，若二氧化碳的濃度持續(xù)上升，冰雪融化和雪崩后所引發(fā)的的海平面上升情況將更加嚴(yán)重，屆時，海岸線及灘涂的侵蝕速度將顯著加快，海水的限度將會提升，淡水供應(yīng)將受影響。
對人類的影響
受溫室氣體影響，氣溫上升及降水量變化會直接影響農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)作物的分布，農(nóng)業(yè)耕種活動將受到影響，土壤的固碳能力將會大大削弱，包括玉蜀黍?qū)?/a>、小麥、大豆在內(nèi)的大量農(nóng)作物的產(chǎn)量急速下跌。研究表明，截至目前，全球約有33%的土壤發(fā)生了退化，糧食危機(jī)日趨加劇。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在2019年，全球約有1.35億人處于饑餓狀態(tài)。此外，據(jù)統(tǒng)計，僅在2020年上半年，因溫室氣體大量排放所誘發(fā)的洪災(zāi)就已導(dǎo)致超過1000萬人無家可歸。
對生物的影響
二氧化碳是包括植物、藻類和動物，以及需氧真菌和細(xì)菌在內(nèi)的所有生物體細(xì)胞呼吸作用的最終產(chǎn)物。在脊椎動物中，二氧化碳在血液中從身體組織傳播到皮膚（例如兩棲動物）或鰓（例如魚），并通過皮膚或鰓溶解在水中。在活躍的光合作用中，植物從大氣中吸收的二氧化碳比它們在呼吸作用中釋放的二氧化碳要多。通過碳固定過程，大氣中的二氧化碳被植物、藻類和藍(lán)藻結(jié)合成富含能量的有機(jī)化合物，從而通過光合作用產(chǎn)生自己的食物。大氣二氧化碳濃度的增加會導(dǎo)致植物氣孔發(fā)育減少，造成植物中微量元素濃度的降低，包括苯丙素和黃酮在內(nèi)的次生代謝物也會發(fā)生改變。溫室氣體的大規(guī)模排放已引發(fā)更為頻繁的極端天氣事件，包括熱浪、干旱與強(qiáng)降水交替出現(xiàn)。永久凍土融化導(dǎo)致封存的甲烷釋放，加速北極地區(qū)變暖速度。同時海洋酸化現(xiàn)象持續(xù)加劇，威脅珊瑚礁及貝殼類生物生存。溫室效應(yīng)引發(fā)的全球變暖正導(dǎo)致森林資源及生物群落分布的改變，近半數(shù)動植物種群已觀測到遷徙時間提前和物候期混亂現(xiàn)象。凍原生態(tài)系統(tǒng)或會從北歐地區(qū)徹底消失，80%的物種的活動區(qū)域?qū)⑥D(zhuǎn)向兩極或更高的緯度。生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)分布也會隨之發(fā)生改變，無法適應(yīng)新的生態(tài)環(huán)境的物種將會提前滅絕。
應(yīng)對措施
建立核算體系
由世界資源研究所（WRI）及世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSO）共同研發(fā)的旨在幫助政府及企業(yè)監(jiān)測、管理溫室氣體排放的溫室氣體核算體系（GHG protocol，GHGP）是國際上普遍認(rèn)可及廣泛使用的溫室氣體核算工具，它由《溫室氣體核算體系：企業(yè)核算與報告標(biāo)準(zhǔn)》《溫室氣體核算體系：企業(yè)價值鏈（范圍三）核算標(biāo)準(zhǔn)》《溫室氣體核算體系：產(chǎn)品核算與報告標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)組成。根據(jù)使用對象不同，溫室氣體核算方法一般分為國家層面核算方法、城市層面核算方法及企業(yè)層面核算方法。
國家層面上，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會先后印發(fā)了《1996年國家溫室氣體清單指南》《IPCC國家溫室氣體清單優(yōu)良做法及不確定性管理》《IPCC土地利用、土地利用變化及林業(yè)優(yōu)良做法》等核算指導(dǎo)文件，向各國提供標(biāo)準(zhǔn)化的溫室氣體清單編訂指導(dǎo)。目前，大部分國家都采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會制定的核算指導(dǎo)方法對國內(nèi)的溫室氣體進(jìn)行核算。
隨著溫室氣體受到全世界的關(guān)注，城市溫室氣體的核算也受到了全世界的關(guān)注。截至目前，國際上有關(guān)城市溫室氣體的核算體系眾多，包括宜可城-地方可持續(xù)發(fā)展協(xié)會（ICLEI）制定的《地方政府溫室氣體排放議定書》、宜可城-地方可持續(xù)發(fā)展協(xié)會與世界資源研究所（WRI）和C40城市氣候領(lǐng)導(dǎo)小組共同開發(fā)的《社區(qū)層面溫室氣體排放全球核算體系》等。印度德里市使用IPCC國家清單指南和歐盟EMEP/EEA排放手冊來核算城市溫室氣體的排放情勢。在中國，由國家發(fā)展改革委能源研究所、清華大學(xué)等多家單位編寫的《省級溫室氣體清單編制指南（施行）》被廣泛的運用在市級行政區(qū)內(nèi)溫室氣體的排放核算工作中。
《溫室氣體核算體系：企業(yè)核算與報告標(biāo)準(zhǔn)》中將企業(yè)排放的溫室氣體分為直接排放、間接排放和其他間接排放。為了幫助企業(yè)進(jìn)行溫室氣體的核算工作，由世界資源研究所（WRI）及世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSO）共同研發(fā)了包括編制企業(yè)溫室氣體盤查清冊在內(nèi)的一系列溫室氣體核算工具，這些工具被企業(yè)廣泛使用。
監(jiān)測管理
為了評估大氣中溫室氣體濃度的變化及其對全球氣候及環(huán)境的影響，國際相關(guān)機(jī)構(gòu)從20世紀(jì)60年代起開始對主要溫室氣體的濃度進(jìn)行監(jiān)測。截至目前，溫室氣體的監(jiān)測手段主要包括采樣分析及在線連續(xù)觀測，監(jiān)測平臺包括地基、船舶、飛機(jī)、高塔、浮標(biāo)觀測等。
世界范圍內(nèi)的溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括世界溫室氣體數(shù)據(jù)中心（the World Data Centre for Greenhouse Gases，WDCGG）、世界氣象組織全球大氣觀測網(wǎng)（WMO/GAW）、歐洲鹵代烴類化合物綜合觀測網(wǎng)（SOGE）、全球大氣實驗網(wǎng)（AGAGE）、中國科學(xué)院陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測網(wǎng)絡(luò)、中國氣象局溫室氣體本底觀測網(wǎng)、環(huán)境保護(hù)部溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)（中國）、澳大利亞國家數(shù)據(jù)服務(wù)中心（The Auttralian National Data Service，ANDS）、美國國家大氣與海洋局瓶采樣觀測網(wǎng)絡(luò)（NOAA/ESRL/CCGG）、新西蘭農(nóng)業(yè)溫室氣體研究中心、新西蘭國家水與大氣研究所和新西蘭地質(zhì)與核科學(xué)研究所等。
世界各國對溫室氣體濃度連續(xù)監(jiān)測的方法主要包括氣相色譜法（GC）、非分散紅外分析法（NDIR）、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法（TDLAS）、激光差分中紅外法（IRIS）、光腔衰蕩法（CRDS）等。
氣相色譜法（GC）
氣相色譜分析系統(tǒng)由氣路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)及檢測記錄系統(tǒng)組成。氣體進(jìn)入儀器后在減壓閥的調(diào)節(jié)下順著高壓氣瓶的管道流出，在高度提純后進(jìn)入到溫控箱中的色譜柱。不同組別的氣體根據(jù)不同的固定相和流動相被分配、分離，而后依次進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測。
非分散紅外分析法（NDIR）
非分散紅外分析法所用的監(jiān)測儀由信號調(diào)制、紅外輻射源、數(shù)據(jù)處理、樣品氣吸收池及信號接收等部分組成。紅外輻射經(jīng)過檢測器中的氣體濾波相關(guān)信號調(diào)制后，與反射吸收池里的二氧化碳充分吸收，而后通過窄帶濾光片的濾波把待測氣體特征吸收峰之外的紅外能量濾除，經(jīng)過計算和分析得出二氧化碳濃度值。
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法（TDLAS）
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法類似于非分散紅外分析法（NDIR），它利用朗伯-比爾定律的吸收光譜技術(shù)通過分析光被氣體的選擇吸收來測量氣體的濃度。
減排措施
氣候變化首次成為國際性問題而被提上議事日程是于1979年在日內(nèi)瓦召開的第一次氣候會議上，會上，科學(xué)家們向與會各國明確指出大氣中溫室氣體濃度升高會直接引起地表溫度的升高。1987年簽署的《蒙特利爾破壞臭氧層物質(zhì)管制議定書（Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer）》對三項哈龍的生產(chǎn)及CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項氯氟碳化合物的使用進(jìn)行了限管。世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（United Nations Environment Programme，UNEP）于1988年共同成立了旨在評估人類活動所引發(fā)的氣候變化，并對氣候變化對未來科學(xué)、技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響商定對策的聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）。隨著溫室氣體排放引發(fā)的溫室效應(yīng)愈發(fā)影響人類的生產(chǎn)生活，1992年召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會吸引了183個國家代表團(tuán)，70個國際組織的參加。會上不僅通過了《21世紀(jì)議程》，154個與會國家還簽署了首個旨在全面控制人類活動引發(fā)溫室氣體排放以應(yīng)對全球氣候變暖給全世界帶來潛在威脅的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCC），該公約是世界各國進(jìn)行國際合作的基本框架。《聯(lián)合國氣候變化框架公約》要求溫室氣體排放量較大的發(fā)達(dá)國家采取措施控制溫室氣體的排放，并向發(fā)展中國家提供援助。該公約于1994年3月21日正式生效。.1993年，有50多個成員國組成的可持續(xù)發(fā)展委員會正式成立，委員會規(guī)定每年開展一次成員國會議，檢查《21世紀(jì)議程》的執(zhí)行情況。
1997年，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》締約方第三次大會上，149個國家和地區(qū)的代表通過了《京都議定書》。《京都議定書》對溫室氣體的減排種類以及主要發(fā)達(dá)國家的減排時限及額度做了明確的規(guī)定，并對啟動新一輪氣候變化談判做出了規(guī)定。美國于1998年11月簽署了《京都議定書》，后在2001年3月退出該協(xié)議。中國于1998年5月簽署并核準(zhǔn)了《京都議定書》，歐盟及其成員國于2002年5月正式批準(zhǔn)了《京都議定書》，俄羅斯于2004年11月批準(zhǔn)了《京都議定書》。2005年，《京都議定書》正式生效。
2016年9月，《紐約森林宣言》（New York Declaration）的簽署敦促全球減少氫氟碳化物的使用。2016年10月15日，鑒于化學(xué)品對氣候變化產(chǎn)生的巨大影響，來自197個國家的談判代表在盧旺達(dá)基加利舉行的聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署峰會上達(dá)成了一項具有法律約束力的協(xié)議《基加利修正案》（基加利 Amendment）。超過100個國家簽署了2021年啟動的全球甲烷Peldge，承諾到2030年將甲烷排放量減少30%。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)2022年報告顯示，“減少甲烷最具成本效益的機(jī)會是在能源部門，特別是在石油和天然氣業(yè)務(wù)中”。
1987年，瑞典成立了環(huán)境稅費委員會。為了抑制溫室氣體的排放量，20世紀(jì)50年代起，瑞典政府開始對以發(fā)熱為目的的電力、煤炭、石油征收能源稅，并運用稅收、稅收減免和補(bǔ)貼等經(jīng)濟(jì)手段推進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。瑞典政府于1990年初開始對液化石油氣（LPG）和天然氣征稅，并在1991年增加了二氧化碳稅、硫稅。截至目前，瑞典政府已征收包括核燃料基金費、柴油稅、燃料能源稅、電力能源稅、硫稅、二氧化碳稅、核電稅、排污稅、化工產(chǎn)品費、氮氧化物費、肥料費、車輛費、采石稅在內(nèi)的一系列能源稅、污染稅、交通稅及自然資源稅。官方數(shù)據(jù)顯示，能源和交通方面征收的二氧化碳稅和電力能源稅已占瑞典730億克朗總環(huán)保稅收的95%以上。為了降低二氧化碳的排放，瑞典政府推出綠色汽車獎勵計劃，鼓勵百姓購買清潔能源車。權(quán)威數(shù)據(jù)表明，自瑞典政府征收二氧化碳稅以來，瑞典的溫室氣體排放總量已降低了近26%，瑞典人均溫室氣體的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐盟27國的平均排放量。
美國于1993年成立了旨在施行《21世紀(jì)議程》、制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的由總統(tǒng)直接領(lǐng)導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展理事會。該理事會下設(shè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、城建、土地、能源及資源在內(nèi)的八個工作組。與此同時，美國征收碳稅及交通稅，對每噸碳收取6至30美元的碳稅，對每次行程征收稅款1至4美元。美國于1998年11月簽署了《京都議定書》，后在2001年3月退出該協(xié)議，并拒絕接受《京都議定書》強(qiáng)制性量化減排的目標(biāo)。隨著對溫室氣體減排的呼聲越來越高，美國成立了對減排量承擔(dān)法律效力的區(qū)域性碳交易市場芝加哥氣候交易所，該交易所對二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化合物、全氟化物及六氟化硫的排放進(jìn)行注冊、交易及減排。該交易所通過互聯(lián)網(wǎng)交易平臺完成對溫室氣體排放的許可及抵消。2003年，美國出臺了《能源部能源戰(zhàn)略計劃》，要求通過擴(kuò)大節(jié)能設(shè)備宣傳力度、減免稅及購買節(jié)能建筑來提高能源利用率。與此同時，美國積極發(fā)展碳捕獲及碳封存技術(shù)。截至2005年，美國已進(jìn)行了25次二氧化碳地下注入及儲存實驗。2006年8月，加利福尼亞州通過了《全球溫室效應(yīng)治理方案》，對溫室氣體排放量進(jìn)行明確限制。截至2020年2月，美國有16個州禁止或正在逐步減少氫氟碳化物排放。
中國將應(yīng)對氣候變化全面融入國家發(fā)展總戰(zhàn)略中，采取積極的措施控制溫室氣體排放，推動綠色低碳發(fā)展，推動二氧化碳等溫室氣體的減排。中國制定并通過了旨在控制非二氧化碳溫室氣體排放具體措施的《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014-2020）年》以及溫室氣體排放工作方案，并自2014年起對三氟甲烷的處置給予財政補(bǔ)貼。與此同時，政府積極推進(jìn)環(huán)保制冷劑的研發(fā)，逐步限制氫氟碳化物的使用。工業(yè)方面，通過原料替代、改進(jìn)設(shè)備等措施強(qiáng)化包括鋼鐵、化工、建材等重點工業(yè)行業(yè)的碳排放目標(biāo)管理，實施低碳標(biāo)桿引領(lǐng)計劃，控制溫室氣體排放。交通方面，各地以“綠色貨運配送示范城市”建設(shè)為契機(jī)，逐步完善綠色城市貨運體系。鐵路部門大力推廣天然氣車船，完善充換電及氫基礎(chǔ)設(shè)施。中國政府加快推進(jìn)山水林田胡草沙系統(tǒng)的治理，持續(xù)推進(jìn)對土地及濕地的保護(hù)，逐步提升生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。此外，中國充分發(fā)揮市場機(jī)制作用，發(fā)布了包括《全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)方案（發(fā)電行業(yè)）》《碳排放權(quán)交易管理暫行條例》在內(nèi)的一系列政策方案，加快推進(jìn)全國碳市場制度體系的建設(shè)。
日本政府在立法、財政補(bǔ)貼、稅制、技術(shù)手段等多方面對溫室氣體進(jìn)行減排。首先，日本創(chuàng)立了溫室氣體國內(nèi)排放量交易制度，計劃以排放總量為基礎(chǔ)，以產(chǎn)量為單位對每一單位的溫室氣體排放量制定具體規(guī)定。其次，日本于2004年發(fā)布《環(huán)境稅的具體方案》，對汽油、柴油、煤炭、天然氣、重油等對象征稅。2010年至2012年間，日本政府改“環(huán)境稅”為“地球氣候變暖對策稅”，根據(jù)二氧化碳排放量對原油、石油制品、氣體碳?xì)浠衔铩⑵偷纳a(chǎn)者等對象征稅。
降低溫室氣體排放量是目前全球公認(rèn)的最有效的減緩全球氣候變暖的方法。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，世界各國必須大幅度的降低溫室氣體的排放量，并對能源、建筑、交通、房地產(chǎn)、輕重工業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行大刀闊斧的改革。與此同時，各國必須大力發(fā)展以太陽能、風(fēng)能、水力發(fā)電、生物能源、地?zé)崮?/a>為代表的可再生能源，逐步開發(fā)包括生物燃料電池在內(nèi)的新型再生資源。為了減少尾氣的排放，以內(nèi)燃機(jī)為主要燃料的汽車需要逐步淘汰。各國應(yīng)推廣采用電力汽車、騎行或者步行等綠色出行方式。此外，生產(chǎn)過程中節(jié)約原材料及能源、摒棄有毒原材料的清潔生產(chǎn)應(yīng)在世界范圍內(nèi)落實。
禁止非法砍伐、減少食物和農(nóng)產(chǎn)品的需求、降低耕作頻率強(qiáng)度以及使用肥料改良土壤的方式促進(jìn)土地自身的碳封存、提高土地的生產(chǎn)力、保護(hù)及恢復(fù)林業(yè)等措施也是溫室氣體排放量的一個途徑。為了恢復(fù)森林、沿海濕地、草原對溫室氣體的封存效用，植樹造林項目及濕地、草場保護(hù)必須在世界范圍內(nèi)大規(guī)模推廣。與此同時，大力發(fā)展碳封存技術(shù)，通過科技手段將二氧化碳封存起來并進(jìn)行壓縮、儲存或者掩埋。此外，各國應(yīng)加速研發(fā)溫室氣體回收技術(shù)。截至目前，中國已成功研發(fā)了利用廢氣收集系統(tǒng)回收二氧化碳的技術(shù)。該技術(shù)推廣后可使工業(yè)廢氣中的二氧化碳被氧氣替代，降低溫室氣體的排放量。
相關(guān)研究
早在19世紀(jì)60年代，科學(xué)家就已提出人類活動可以影響大氣成分，并且改變地球氣候的見解。諾貝爾獎金獲得者斯凡特·A·阿倫尼烏斯提出大氣中二氧化碳濃度的升高將導(dǎo)致全球氣溫升高的觀點。通過計算，斯凡特·A·阿倫尼烏斯得出大氣中的二氧化碳濃度每增加一倍，全球的氣溫將會升高4℃至6℃。
1957年起，包括美國學(xué)者C.D.吉苓在內(nèi)的科學(xué)家們開始在夏威夷附近的一個海拔1100英尺的氣候觀測站中觀測二氧化碳的數(shù)值變化。通過觀測大氣中二氧化碳濃度的變化走向，C.D.吉苓證實了大氣中的二氧化碳濃度正在逐步攀升。
20世紀(jì)60年代，日本學(xué)者真鍋叔郎等人在美國科學(xué)家J·G·切爾尼的帶領(lǐng)下設(shè)計了首個旨在估算二氧化碳與氣候變化定量關(guān)系的氣候模式，并在1975年計算出大氣中的二氧化碳每升高一倍會導(dǎo)致地表氣溫升高3°C。
1979年在日內(nèi)瓦召開的第一次氣候會議，科學(xué)家們向與會各國明確指出大氣中溫室氣體濃度升高會直接引起地表溫度的升高。1898年，瑞典科學(xué)家約瑟夫·斯萬提出空氣中二氧化碳濃度的提高會引發(fā)全球氣候變暖。
相關(guān)數(shù)據(jù)
當(dāng)?shù)貢r間2025年10月15日，世界氣象組織發(fā)布《溫室氣體公報》指出，2024年大氣中的二氧化碳水平創(chuàng)歷史新高，加劇地球面臨的氣溫升高問題。世界氣象組織指出，人類活動持續(xù)排放二氧化碳以及野火頻發(fā)是造成這一現(xiàn)象的原因，加上陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋等碳匯對二氧化碳的吸收減少，可能導(dǎo)致氣候惡性循環(huán)。世界氣象組織還指出，從2023年到2024年，全球二氧化碳平均濃度上升了3.5ppm，這是自1957年開始現(xiàn)代測量以來的最大增幅。甲烷和一氧化二氮的濃度也已升至創(chuàng)紀(jì)錄水平。
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