人类早期的活动能力、也就是破坏自然的能力很弱，最多只能引起局部地
区小气候的改变，但随着科学技术的发展，人们的生活水平也有了很大的提高。于是人们就对自然资源的开采有了新的变化，并且从工业革命以来人们大量的
燃烧煤和石油，这也就意味着人们向地球排放大量的废气物。从而也就引发了
一系列的环境问题，如臭氧空洞、全球变暖等。值此新世纪之初，大家有必要
意识到自然环境已经遭到严重的破坏，我们应该在发展科技的同时对环境应采
取有效措施进行保护。使我们唯一的家园得到美化，不再遭受破坏。
一、什么是辐射
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波的形式
时刻不停的向外传送热量，这种传送能量的方式称为辐射。物体通过辐射所放
出的能量，称为辐射能，简称辐射。
辐射有一个重要的特点，就是它是"对等的"。不论物体(气体)温度高低都
向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同时乙也可向甲辐射。这一点不同于传导，传导是单向进行的。
辐射是以电磁波的形式向外放散的，是以波动的形式传播能量。无线电波
和光波都是电磁波。它们的传播速度很快，在真空中的传播速度与光速相同(都为3×108m/s)，在空气中稍慢些。
电磁波是由不同波长的波组成的合成波。它的波长范围从10E-10μm(1μ m=10E-4cm)的宇宙线到波长达几公里的无线电波。Υ射线、X射线、紫外线、
可见光、红外线、超短波和长波无线电波都属于电磁波的范围。肉眼看得电的
是电磁波中很短的一段，也就是人们通常称的可见光，其波长范围是0.4-0.76
μm。可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜组成的光带，这光带称为光谱。其中红光波长最长，紫光波长最短，其它各
光的波长则依次介于其间。波长大于红光的有红外线、无线电波；波长小于紫外线的有Υ射线、X射线等。这些辐射虽然肉眼看不见，但可用仪器测出。
一般来说，任何物体的辐射波长取决于物体的温度，物体温度越高，辐射的波长越短。太阳表面温度约6000K，它发射的电磁波的波长很短，称为太阳短波辐射(其中包括从紫光到红光的可见光)，地球发射的电磁波因温度较低而具有较长的波长，称为地面长波辐射。
另外，辐射能被物体吸收时发生热的效应，物体吸收的辐射能不同，所产生的温度也不同。因此，辐射是能量转换为热量的重要形式。
太阳辐射在通过大气层时，由于大气的吸收、反射和散射作用，而使到达地面的太阳辐射受到很大削弱。
1.大气对太阳辐射的吸收作用。
太阳辐射通过大气时，大气中的水汽、氧气、臭氧、二氧化碳和固体杂质对太阳辐射有明显的吸收作用，而其它成分对太阳辐射的吸收很少。不同成分对太阳辐射吸收的波长范围也不同，所以通常称为选择性吸收。
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水汽吸收太阳辐射的红外线部分能力最强，它的吸收波长范围主要在
0.93~2.85μm之间。因大气中的水汽含量是变化的，所以它吸收的太阳辐射量有个变化幅度。
大气中氧(O2)的含量虽然很大，但它对太阳辐射的吸收能力不强，主要吸收波长小于0.2μm的紫外线辐射。大气中臭氧(O3)含量虽少，但对太阳辐射的吸收能力很强。由于臭氧的吸收作用，使小于0.29μm的紫外线辐射不能到达地面，这就保护了地球上生物不受强紫外线辐射之害。臭氧对0.6μm附近的太阳辐射中最强的部分也有一定的吸收能力。因此臭氧对太阳辐射的吸收作用是很显著的，它对平流层的增温起着重要作用。
二氧化碳(CO2)对太阳辐射的吸收能力比较弱，主要是对红外线4.3μm附近的辐射有一定的吸收能力。
悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质也能吸收一部分太阳辐射，其影响大小
主要取决于水滴、尘埃等杂质在大气中的含量。例如在大城市上空或出现沙暴
等天气时，它们对太阳辐射的吸收作用才比较显著。
在对流层里，对太阳辐射起吸收作用的成分主要是水汽、杂质和二氧化碳；在平流层里主要是臭氧；高层大气里主要是氧。
通过大气的吸收作用，太阳辐射被削弱的部分主要是波长较长的红外线和
远心扫描透镜波长较短的紫外线，而对可见光影响不大。
2.大气对太阳辐射的反射作用。
大气中的云层和较大颗粒的尘埃，能将一部分太阳辐射反射到宇宙空间去，使到达地面的太阳辐射受到削弱。
反射能力的大小通常用反射率来表示。照射到某物体上的太阳辐射总量为100，其反射出去的能量占百分之几，即为该物体的反射率。一般情况下，云的反射率平均为50%~55%。高而薄的云反射率小，约为20%~25%；低而厚的云反射
率大，在70%左右，最大可达90%。赤道地区由于云量大，反射率高，明显地影响着地表对太阳辐射的接收。
大气中的杂质颗粒越大，反射能力越强；颗粒越小，反射能力越差。
反射没有选择性，所以反射光呈白。
3.大气对太阳辐射的散射作用。
当太阳辐射在大气中遇到空气分子或微小尘埃时，发生散射作用，散射的
辐射能称为散射辐射。阴天时，见不到太阳直接照射的光，所见到的光都是散
射光；在日出之前天就亮了，在树阴下，在房间里，凡是阳光不能直接照射的地方，仍是明亮的，这些都是散射作用的缘故。
散射作用可分为两种情况，一种情况是发生散射作用的质点是空气分子或
微小的尘埃，它们的散射能力与波长的四次方成反比关系，这是通过实验得出
的分子散射定律。因此，这种散射是有选择性的，波长越短，散射能力越强。
在可见光部分蓝紫光波长最短，散射能力最强，所以在晴天，特别是雨过天
晴时，天空呈现蔚蓝。另一种情况是发生散射作用的质点是颗粒较大的尘埃、雾粒、小水滴等，它们的散射无选择性，各种波长同样被散射，使天空呈白，所以在阴天时，或者大气中尘埃、烟雾较多时，天空呈灰白。因散射作用使
太阳辐射削弱的主要部分是可见光中的短波部分。
从以上三个方面来看，太阳辐射通过地球大气层时，由于大气的吸收、反
射和散射作用，使到达地面的太阳辐射受到削弱，削弱的主要部分是波长较长
的红外线和波长较短的紫外线，而可见光部分被削弱的较少，所以到达地面的
太阳辐射主要集中在可见光部分。可见光集中了太阳辐射一半的能量，它给予
地球表面以巨大的能量，是发生在地理环境里各种现象和过程的最重要的能量
源泉。
三、什么是温室效应
全球的地面平均温度约为15℃。如果没有大气覆盖，根据地球获得的太阳
热量和地球向宇宙空间放出的热量相等的原理，可以计算出地球的地面年均温
度为-18℃(255K)。这33℃(288K)的温差就是大气像被子一样保护地球造成的。这就是温室效应。
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前面也已经提到了，太阳光的辐射属于短波辐射，地球表面的辐射属于长
水分子团波辐射。而短波辐射和长波辐射在经过地球大气时的遭遇是不同的：大气对太阳短波辐射来说几乎是透明的，而它却强烈吸收地面长波辐射。大气在吸收地面
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长波辐射的同时，它自己也向外辐射波长更长的长波辐射(因为大气的温度比地面更低)，而其中向下到达地面的部分称为逆辐射。也正是这些逆辐射使地面温度升高，这也可以说是大气对地面起到了保温作用。这也就是大气温室效应的
原理。
需要指出的是并不是大气中的每种气体都会强烈吸收地面长波辐射的。地
球大气中起温室作用的气体称为温室气体，主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、一
氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它们几乎吸收地面发出的所有波长的长波辐射，只有一个很窄的区段吸收很少，这个区段被称为"盲区"。地球主要通过这个盲
区把从太阳获得的热量中的70%又以长波辐射形式返还宇宙空间，从而维持地
面温度不变。我们所说的温室效应，主要是指由于人类活动增加了温室气体的
数量和品种，使这盲区即能返回宇宙空间的70%的热量的数值下降，使留下的
热量增多而使全球变暖的情况。
不过，CO2等温室气体虽然吸收地面长波辐射的能力很强，但它们在大气
中的数量却极少。如果将地球周围的全部气体折算为标准状态(0℃,1大气压)，它的厚度大约是8000米。那么温室气体所占的厚度，CO2的含量约是
355ppmv(体积浓度)即百万分之355(ppmv为百万分之一)，把它换算到标准状态，就是2.8米厚。甲烷含量是1.7ppmv，相应是1.4厘米厚。臭氧浓度是
400ppb(ppbv为ppmv的千分之一)换算后只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb，换算到标准状态是2.5毫米。氟里昂有许多种，但大气中含量最多的氟里昂12
也只有400pptv(pptv是ppbv的千分之一)，换算到标准状态只有3微米。由此
可见大气中的温室气体含量是极少的。然而，正是因为这类气体含量甚微，对
人类生活影响极为敏感。
根据对南极和格陵兰大陆冰盖中密封的气泡中空气的CO2浓度测定，古代
大气中CO2含量一直比较稳定，大体是280ppmv左右。但是从19世纪工业革命
以来，大气中CO2浓度迅速增加。至1988年含量已由原来的280ppmv上升到
355ppmv。这个数量的增加主要是随着工业化的进行，人们大量的燃烧煤、石油，而且人们当时为了追求科学技术的发展而忽视了环境的保护，这也就意味着人
们向大气中排放的废气在不断的增多。所以才会使CO2浓度在短短的240年内
从280ppmv上升到355ppmv。而且目前每年仍以1到1.5ppmv的速度继续增长。相关资料表明其它温室气体的增长速度也在不断的加快。如CH4的浓度，在
200年前大约为0.8ppmv，而现在已达到1.72ppmv。由CO2的方均根速度公式
其中R为气体普适常量，其数值R=8.31J/(mol·K),μ为摩乐质量，其数值
μ=44×10-3Kg/mol，当T=273K与300K时，代入上方程可求得CO2的方均根速
度分别为393.29m/s与412.28m/s均小于第二宇宙速度(11.2×103m/s)所以人
们所释放的CO2仍然留在大气中而不能飞出地球大气层。正因为如此，所以人凯膜过滤技术
为释放的温室气体如果不加限制，很容易引起全球迅速变暖。而全球变暖的后
果众所周知:1)海平面升高，全球变暖的直接后果便是高山冰雪融化、两极冰川
消融、海水受热膨胀，从而引起海平面上升。而全球海平面的上升将直接淹没
人口密集、工农业发达的大陆沿海低地地区，后果十分严重。2)加剧沙漠化程度，全球变暖，会加快加大海洋的蒸发速度，同时改变全球各地的雨量分配结
