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常问的问题7.1 : 工业时代大气中二氧化碳和其它温室气体的
常问的问题7.1
工业时代大气中二氧化碳和其它温室气体的增加是人类活动引起的吗？
是的，工业时代大气中二氧化碳(CO2)和其它温室气体的增加是由人类活动引起的。事实上，观测到的大气中CO2浓度的增加并不反映人类排放的总量，自1959年起，它仅占人类活动所释放的CO2的55%。其余部分已被陆地上的植物和海洋吸收。在所有情况下，大气中温室气体的浓度及其增加是由源(来自人类活动和自然系统的气体排放))和汇(大气中的气体通过变换转化为不同的化合物)确定的。人类活动产生的CO2排放量有75%以上是由化石燃料的燃烧(加上水泥生产的少部分影响)产生的。其余部分则是由土地利用变化(主要是毁林)引起的。关于甲烷—另一种重要的温室气体，在过25年里由人类活动产生的排放已经超过了自然排放。关于氧化亚氮，人类活动产生的排放等于对大气的自然排放。大多数长生命期的含卤气体(如氟利昂)是由人类产生的，工业化时代以前它们在大气中是不存在的。平均而言，自前工业化时期以来，现在的对流层臭氧增加了38%，这种增加是由人类活动排放的短生命期污染物在大气中的反应产生的。CO2的浓度现在为百万分之379(ppm)，甲烷大于十亿分之1,774(ppb)，二者很可能远远高于过去至少650 kyr间任何时候的浓度值(在这一期间，CO2维持在180-300ppm，甲烷维持在320-790ppb)。最近的变化率是惊人的和空前的；CO2的增加在1kyr中从未超过30ppm而今天，在刚刚过去的17年里CO2就上升了30 ppm。
二氧化碳
燃烧化石燃料产生的CO2排放(图1a)再加上水泥制造的贡献，占到自前工业化时期以来大气中CO2浓度增加的75%以上。其余部分的增加来自森林砍伐(和相关的生物量燃烧)占主导的土地利用变化，以及改变农业规范的影响。所有这些增加都是由人类活动引起的。自然碳循环无法对过去25年间大气中的碳以CO2形式从3.2增加到4.1GtC／年做出解释(一个GtC等于1015克碳，即十亿吨碳。)
自然过程，如光合作用、呼吸作用、衰变和海表气体交换，导致陆地与大气(估计~120GtC／年)，以及海洋与大气(估计为~90GtC／年；参见图7.3)间CO2源和汇的大规模交换。在过去15年里，自然过程，如光合作用、呼吸作用、衰变和海表气体交换，导致陆地与大气(估计~120GtC／年)，以及海洋与大气(估计为~90GtC／年；参见图7.3)间CO2源和汇的大规模交换。在过去15年里，自然碳汇导致约3.3GtC／年CO2的少量净吸收，部分抵消了因人为因子引起的排放。如果过去15年里不是因自然汇吸收了将近一半的人类活动产生的CO2，其在大气中浓度的增加可能会更加明显。
根据大气中CO2的特性可知，大气中CO2浓度的增加是由人类活动引起的，特别是重碳原子与轻碳原子的比率发生了变化，这种变化可归结为化石燃料碳的增加。此外，在CO2增加的同时，大气中氧和氮的比率有所下降；这是预料之中的，因为化石燃料燃烧时会消耗氧。有一种形式的重碳-碳-13同位素，在植被中，以及在从过去的植被形成的化石燃料中并不丰富；在海洋所含的碳中，以及在火山或地热的排放中则较为丰富。大气中碳-13同位素的相对数量一直在下降，这表明增加的碳来自化石燃料和植被。碳还有一个稀有的放射性同位素-碳-14，它存在于大气的CO2中，但不存在于化石燃料中。在大气核武器试验前，碳-14相对量的减少表明有化石燃料碳增加到大气中。
含卤气体
大多数长生命期的大气含卤气体的浓度是由人类活动引起的。在工业化以前，只有少量自然发生的含卤气体，如甲基溴化物和甲基氯化物。在20世纪的后50年里，化学合成新技术的发展导致化学生产的含卤气体激增。人类生产的主要含卤气体的排放如图1b所示。图中绘制出氯氟碳化物(CFC)的大气生命期为45-100年，氢氯氟碳化合物(HCFC)的大气生命期为1-18年，氢碳氟化合物(HFC)的大气生命期为1-270年。全氟化碳(PFC，未标出)可以在大气中存留数千年之久。作为关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书及其修正案的结果，包括CFC在内的一些主要含卤气体的浓度目前正在地球表面趋于稳定或者减少。HCFC的浓度(其生产准备在2030年停止)，以及京都议定书中的气体HFC和PFC的浓度目前还在增加。
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甲烷
由人类活动产生的甲烷(CH4)源超过了自然系统的CH4源(图1c)。1960年至1999年期间，CH4浓度的增长与1800年以前的二千年间任何40年周期相比，平均至少要快六倍，尽管从1980年起增长率几乎为零。向大气排放CH4的主要自然源是湿地。其它自然源包括白蚁、海洋、植被和甲烷水合物。产生甲烷的人类活动包括使用煤和天然气生产能源、垃圾填埋、饲养反刍动物(如牛、羊等)、稻作农业，以及生物量燃烧。CH4一旦排放后，在其被清除之前可能在大气中存留约8.4年，清除主要通过对流层中的化学氧化完成。CH4的小的汇包括土壤的吸收，以及最后在平流层中的毁灭。
FAQ7.1,图1.根据第4和第7章列举的详细资料分析对大气温室气体浓度变化的贡献。在图 (a)-(d) 中，人为源用橙色表示，自然源和汇用绿色表示。在图 (e)中，为人引起的对流层臭氧量用橙色表示，自然臭氧量用绿色表示。(a)CO2的源和汇(GtC)。每年CO2通过类活动释放到大气中，这些活动包括化石燃料的燃烧和土地利用的改变。人类活动排放的CO2只有57—60%驻留在大气中。有一些溶解到海洋里，还些溶解到在植物的生长过程中进入到植物体内。与土地有关的通量是针对1990年代的；化石燃料和水泥通量，以及海洋的净吸收是针对2000-2005年这一时期的。所有的数值和不确定性范围均取自表7.1。 (b)1990年(浅橙色)和2002年(深橙色)CFC及其它含卤化合物的全球排放。这些化学物质全部是由人类生产的。这里，“HCFC”包括HCFC-22、-141b和-142b，“HFC”包括HFC-23、-125、-134a和-152a。1Gg=109g(1,000吨)。大部分资料来自第2章列举的报告。(c)1983-2004年期间CH4的源和汇。CH4的人为源包括能源生产、垃圾填埋、反刍动物(如牛、羊等)、稻作农业，以及生物量燃烧。1 Tg=1012g(100万吨)。数值和不确定性为表7.6中CH4相应合计值的平均值和标准差。(d) N2O的源和汇。N2O的人为源包括肥料中的氮转化为N2O以及随后从农业土壤中的排放、生物量燃烧、饲养牛，以及某些工业活动，包括尼龙制造。源的数值和不确定性为表7.7的中点和限定范围。N2O的损耗取自第7.4章。(e) 19世纪和20世纪初，以及1990-2000年期间的对流层臭氧。对流层臭氧生成的增加是人为所致，是燃烧化石燃料或生物燃料时排放的污染物在大气中发生化学反应所产生的。工业化前的数值和不确定性范围取自IPCC第三次评估报告(TAR)的表4.9，是根据重建的观测资料估算的。现在的合计值及其不确定性范围是本报告表7.9中引用的模式结果的平均值和标准差，未考虑TAR中的数据。
氧化亚氮
由人类活动排入大气的氧化亚氮(N2O)源近似等于自然系统的排放源(图1d)。1960年至1999年期间，N2O浓度的增加与1800年以前的二千年间任何40年周期相比，平均至少要快二倍。N2O的自然源包括海洋、大气中氨的化学氧化，以及土壤。热带土壤是一个向大气排放N2O的特别重要的源。排放N2O的人类活动包括肥料中的氮转化为N2O，以及随后从农业土壤中的排放；生物量燃烧；养牛；以及某些工业活动，包括尼龙的生产。N2O一旦排出，在其被清除之前可能在大气中存留约114年，它主要在平流层中毁灭。
对流层臭氧
对流层臭氧是由大气中的光化学反应产生的，反应涉及一些先导化学物质，如一氧化碳、CH4、挥发性有机化合物，以及氮氧化物。这些化学物质通过自然生物过程排放，以及通过人类活动排放，包括土地利用变化和燃烧燃料。由于对流层臭氧的生命期相对较短，仅能在大气中持续几天到数周，因此其分布是高度可变的，且与其先导化合物的丰度、水汽和日光有关。
在城市的空气中、城区的下风方，以及生物量燃烧地区的对流层臭氧浓度明显偏高。自工业化前时代以来，对流层臭氧中38%(20-50%)的增加是由人类造成的(参见图1e)。
1960年至1999年期间，CO2、CH4和N2O综合辐射强迫的增加，与1800年以前的二千年间任何40年周期相比，很可能至少要快六倍。