注：本文转载自“含氟气体与环境问题”公众号。

温室气体和气候的辐射强迫 太阳带给地球的热量由于自然温室气体的存在而被放大，水蒸气是一个重要的例子。这些气体在地球大气中天然的丰富储量改变了进入地球的太阳辐射和离开地球的红外辐射之间的平衡，起到温暖大气和地表的作用。如果没有这种天然温室气体效应，地表会比现在冷得多。在工业时代的人类活动导致了大气中一些长寿命和短寿命温室气体的长期持续增长。这其中包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、（N₂O）、对流层臭氧，以及卤代烃。消耗臭氧层物质及其替代物在今天的大气卤代烃中占有较大比重。由人类活动而产生的这类气体浓度的上升导致地球吸收了许多本该离开地表的辐射，这使得大气和地表变得更为“温暖”。这种由人类活动带来的地球热辐射平衡的改变被称为“气候的辐射强迫”，简称 “气候强迫”，指它造成的对流层顶的能流变化，单位为瓦特/平方米（W/m2）。辐射强迫越大，造成气候变化的潜在可能性就越大。

图Q18-1总结了至2011年工业革命以来主要长寿命、短寿命温室气体浓度增加所带来的辐射强迫，图示的所有强迫都与人类活动有关。通常正强迫和负强迫被用来描述为地表带来升温和降温的效应。气候强迫还会带来降水类型的改变，甚至引发天气。国际气候评估报告总结，过去数十年观测到的地表增暖和其他气候参数的改变，大部分是人类活动产生的大量CO₂和其他温室气体所致。

                                  图Q 39‑1温室气体的气候强迫

自工业革命之初的人类活动（1750年左右）带来了一些短寿命和长寿命气体，即温室气体的浓度增长。它们的增长导致了气候的辐射强迫，简称气候强迫。辐射强迫的单位是瓦特/平方米（W/m2）。如图所示，二氧化碳带来的辐射强迫，甲烷次之，臭氧因受到污染性气体、卤代烃气体和的影响而增加。这些正强迫导致了地球表面的增暖效应。卤代烃包括所有消耗臭氧层物质（ODS）及其替代物，还有一些其他气体（见图18-2）。比较而言，ODS带来的臭氧减少代表负强迫，使地表降温，并倾向于抵消部分由卤代烃带来的正强迫。柱状图上黑色标识表示数据的不确定度。

二氧化碳、甲烷和 这三种温室气体均来自人为和天然过程。工业革命以来二氧化碳（CO₂）的累积是人类活动导致的严重的气候强迫。导致大气中二氧化碳浓度持续增加的元凶有很多，包括用以支持能源和运输业的化石燃料（煤、石油、天然气）的燃烧，和水泥制造业。大气中CO₂的平均值比工业革命以前（1750年之前）高40 %以上，接近400 ppmv（浓度单位，按体积计算百万分之一）。CO₂被排放到大气中以后，很大一部分会在大气中持续存在100-1000年时间，因而被认为是一种长寿命气体。

甲烷是一种短寿命气体（在大气中的寿命约为10年）。人为源包括畜牧业、化石燃料提取及使用、水稻种植业和垃圾填埋。天然源包括湿地、白蚁和海洋。自工业革命以来甲烷浓度增长了约150 %。

（N₂O）是一种长寿命气体（在大气中的寿命约为110年）。的人为源是农业活动，特别是施肥过程。作为自然界生物地球化学循环组成部分的土壤微生物过程被认为是N₂O的天然排放源。在平流层，N₂O是最主要的反应形态氮源，并参与破坏臭氧层的过程（见Q2和Q7），自工业革命以来它在大气中的浓度增长了约20 %。

                                   图Q 39‑2卤代烃与气候强迫

大气中的卤代烃气体对于自工业革命伊始至2011年间的气候强迫有很重要的贡献（见图Q18-1）。卤代烃是指一些具有氟氯溴原子的气体，一部分作为消耗臭氧层物质（ODS）受控于《蒙特利尔议定书》控制，其余作为气候变化气体受控于京都议定书（图中以颜色区别）。图中所示是每种或每组气体各自的贡献，基于大气中的历史浓度和变暖潜能值（GWP，见图Q18-3）估算得到。右侧标签中气体排序按照各自贡献按照由大到小的顺序排列，CFC-13和CFC-15除外（采取合并处理）。底部的总强迫是每项的加和。随着氟氯碳化物（CFC）被逐渐从大气中清除，占有贡献比例的CFC-11和CFC-12所带来的辐射强迫将持续减少。与之相反，中期ODS替代气体含氢氯氟烃（HCFC），预计会继续增长20年。长期ODS替代气体同样呈现出增长的趋势。在这种情况下，由于每种氢氟碳化物（HFC）的驱动增温的潜力大相径庭，对于气候强迫的总贡献将主要取决于哪种HFC被广为使用。

   卤代烃 大气中的卤代烃对于臭氧层破坏和气候变化都具有不可推卸的责任。这里所说的卤代烃是指《蒙特利尔议定书》和京都议定书涵盖的那些具有氟氯溴原子的气体。消耗臭氧层物质（ODS）即为《蒙特利尔议定书》控制的卤代烃气体。而氢氟碳化物（HFC）替代气体、全氟化碳（PFC）和六氟化物（SF6）受控于京都议定书。在2011年，卤代烃对于气候强迫的贡献是0.36 W/m2，为二氧化碳、甲烷和对流层臭氧之外的第四大辐射强迫贡献气体。每种卤代烃气体的辐射强迫贡献标于图18-2中。在卤代烃中，氟氯碳化物（CFC）对2011年气候强迫贡献（73%），中期消耗臭氧层物质（ODS）替代物含氢氯氟烃（HCFC）紧随其后（14%）；长期ODS替代物氢氟碳化物（HFC）则贡献了5 %。

随着大气中CFC浓度持续下降，其对于气候强迫贡献也逐渐减小（见图Q16-1）。但基于它们寿命较长，CFC仍将展现重要作用，至本世纪末可能仍是对卤代烃类气候强迫贡献的ODS。受控于京都议定书的卤代烃（HFC、PFC和SF6）为2011年卤代烃类气候强迫贡献了8 %。据估计，发展中国家将加大对HFC的生产和使用力度，这也将带来HFC对气候强迫贡献比重的增加（见图Q19-2）。

                                 图Q 39‑3 ODPs和GWPs

ODS和它们替代物的环境效应可通过消耗臭氧潜能值（ODP）和变暖潜能值（GWP）来评估（见表Q7-1）。某种气体的ODP和GWP值越大，相应地，它消耗臭氧和引发气候变暖的潜力也就越大。我们通过假定一定质量的某种气体被释放到空气中以确定其ODP和GWP值。图中展示的GWP值是以某种气体排放之后100年为限进行计算。CFC-11的ODP和CO₂的GWP被规定为1。氟氯碳化物（CFC）、哈龙和含氢氯氟烃（HCFC）是消耗臭氧层物质（见Q7），而作为ODS替代物的（氢氟碳化物）HFC并无此种影响（ODP=0）。哈龙的ODP值远比CFC来得大。图中所有ODS及其替代物的GWP值均不为零，跨越范围在2到13000之间。