温室效应
wēn shì xiào yìng
温室效应是大气中的气体吸收并重新辐射地面红外辐射，从而使地球表面变暖的现象。
Definition
温室效应是大气中的气体（主要是水蒸气、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和臭氧）造成地球表面自然增暖的现象，这些气体让阳光透过，却吸收了被晒热的地面所释放出的红外热量，再将其中一部分能量重新向下辐射回来。这一效应使地球的平均地表温度从约 $-18^\circ C$ 提升到约 $15^\circ C$，其原因在于这些气体的分子振动会改变其偶极矩，而对称的氮气和氧气虽然占空气的 $99\%$，却几乎完全不参与这种热量截留作用。辐射平衡要求向外的长波辐射与吸收的太阳辐射（约 $240\ \text{W/m}^2$）相匹配，因此增加温室气体会将有效辐射高度抬升到更冷的大气层中，迫使地表进一步升温以恢复平衡，$CO_2$ 浓度每翻一番，这一效应大约相当于 $3.7\ \text{W/m}^2$。
Example
一辆停在阳光下的汽车，车内会变得很热，因为车窗让阳光透进来，却把由此产生的热量困在了车内，这与大气层对整个地球所起的作用十分相似，而金星则展示了这种效应的极端版本：其厚厚的 $CO_2$ 大气层引发了失控的温室效应，使其表面温度维持在约 $460^\circ C$，尽管距离太阳更远，却比水星更热。大气中的 $CO_2$ 浓度已从工业化之前的约 $280$ 百万分率上升到如今超过 $420$ 百万分率，自 1958 年以来一直在莫纳罗亚天文台持续监测记录。
Key Insight
温室效应是自然存在且不可或缺的。如果没有它，地球将是一个远低于冰点的冰封世界，而这种效应只有在额外的温室气体被添加的速度超过自然过程去除它们的速度时，才会成为一个问题。这个名字其实是历史造成的一个巧合，因为真正的温室主要是通过阻挡对流来运作的，而不是靠截留辐射，但大气中的“温室效应”却是真正基于辐射原理的，其物理机制早在 19 世纪就由傅里叶、丁达尔和阿伦尼乌斯阐明，远远早于任何人测量出它所预测的那种增暖现象。