去年的夏季热浪让人喘不过气，身体的每一寸皮肤还保留着可怕的回忆。温室效应、二氧化碳这些专业名词随着极端气候走近了普罗大众，在祈祷一个舒适的夏季的同时，一起了解下温室效应背后的那些故事。
温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热对流而形成的保温效应，即太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。大气中的温室气体就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。
温室气体如同玻璃暖房，包裹着地球
温室气体：主要有二氧化碳（CO2）、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟利昂以及水汽等，按照2016年全球温室气体排放的数据，温室气体组成及占比分别为：二氧化碳（CO2）74.4%、甲烷（CH4）17.3%、一氧化二氮（N2O）6.2%和其他氟化气体2.1%。其中，大家最熟悉的，含量最多的就是二氧化碳。
温室气体的构成
温室效应从发现到全球共识：
目前国际社会将最早发现温室效应的归功于傅立叶，没错，就是那个最早使用定积分、提出“傅立叶变换”的傅立叶。
1820年，法国著名数学家、物理学家让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅里叶（Baron Jean Baptiste Joseph Fourier，1768年3月21日-1830年5月16日）在研究热的过程中，计算出：一个物体，如果有地球那样的大小且太阳的距离和地球一样，如果只考虑太阳辐射的加热效应，那该物体应该比地球的实际温度更冷。他试图寻找其他热源，虽然傅立叶最终建议，星际辐射或许是热源的重要部分，更也考虑了另一种可能性：地球大气层可能是一种隔热体。这就是“温室效应”的第一次被提出。
1856年，美国科学家及女权运动家尤尼斯. 富特（Eunice Foote，1819-1888）发现在美国科学促进会的会议上展示了她（是的，她）的发现，二氧化碳和水蒸气在阳光下会使空气变暖。作为一位女性，她的成果几乎被历史掩盖，直至2010年，作者雷蒙德·P·索伦森(Raymond P. Sorenson)在《尤妮斯·富特关于二氧化碳和气候变暖的开创性研究》一书中讲述了富特的故事，富特的工作终于得见天日，得到了历史的见证与认可。同时期，海峡的另外一位科学家在做着类似的实验。
尤尼斯.富特的美照
1859年，英国物理学家约翰·丁达尔（John Tyndall，1820～1893年) 在伦敦皇家学会进行了一系列不同寻常的实验演示以便找到造成温室效应的气体。他发现，构成大气中的几乎所有成分的氮和氧都没有捕获热量的能力，但有三种数量较少的气体具有捕获热量的能力：二氧化碳、臭氧和水蒸气。这证实了傅里叶的温室效应理论：热能辐射（即长波辐射）能被某些气体所吸收。丁达尔用优美凝练的语言对温室效应进行了描述：“大气吸收了入射的太阳热量，但却阻止了这些热量的散失，其结果造成了热量在地表的逐渐聚积。”（嗯，就是那个发现丁达尔效应，证明天空的蓝色是由大气中的分子散射太阳光线造成的那位丁达尔。）
1895年，瑞典化学家斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius，1859年2月19日~1927年10月2日）研究计算二氧化碳对地球温度影响的理论模型，发现：如果大气层中的二氧化碳含量减少约40%，温度会下降4~5℃，并可引发一个新的冰川期，同理，如果二氧化碳的含量翻倍，温度就会上升5~6℃。1903年，阿伦尼乌斯因电离学说获得诺贝尔化学奖。1908年，阿伦尼乌斯在其专著《形成中的世界》中提出，由于工业的迅速发展，大气中的二氧化碳的比重在未来几个世纪中会增加到引人注目的程度。但他对气候变暖比较乐观，因为大气中二氧化碳比重并不大，每年煤炭燃烧所释放的二氧化碳只占大气二氧化碳的1/1700，且海洋能吸收约5/6人类排放的二氧化碳。何况，气候变暖也会给人类带来更加宜人的气候和丰富的物产。
1901年，阿伦尼乌斯的同事瑞典气象学家尼尔斯·埃克霍尔姆(Nils Ekholm)使用“温室”一词来描述行星大气对行星表面温度产生的加热效应，这是第一次明确提出温室效应概念。他写道:
“大气在地球表面温度的双重特征中起着非常重要的作用，第一个指出来的由傅里叶，另一个是由丁达尔。首先，大气可以像温室的玻璃一样，相对容易地让太阳光通过，并吸收大部分从地面发射的暗射线，从而可以提高地球表面的平均温度。其次，大气在相对温暖的地面和寒冷的空间之间起着储存热量的作用，因此在很大程度上减少了年、日和局部温度的变化。”“The atmosphere plays a very important part of a double character as to the temperature at the earth’s surface, of which the one was first pointed out by Fourier, the other by Tyndall. Firstly, the atmosphere may act like the glass of a green-house, letting through the light rays of the sun relatively easily, and absorbing a great part of the dark rays emitted from the ground, and it thereby may raise the mean temperature of the earth’s surface. Secondly, the atmosphere acts as a heat store placed between the relatively warm ground and the cold space, and thereby lessens in a high degree the annual, diurnal, and local variations of the temperature.”
1938年，英国煤炭工程师乔治.卡伦达（George Callendar）汇编了过去100年里所有的二氧化碳测量数据，发现二氧化碳的含量正在增加，同时地球温度也在升高。他于1938年发表了《人为生成的二氧化碳及其对气温的影响》的文章。他计算出当时地球的气温已经升高了0.55℃。他预计，由于二氧化碳不断被排放到大气层，21世纪地球的温度将会上升1.1℃。1956年，在进一步收集数据后，乔治·卡伦达公布其计算结果：大气层中的二氧化碳浓度从1900年的290ppm增加到了1956年的325ppm。这一数据和美国学者查尔斯·基林（划重点，下面会提到）同年公布的监测到315ppm相当接近。
计算机的出现为准确计算大气辐射传输和CO2吸引谱等提供了有效的计算工具。
1956年, 美国物理学家吉尔伯特·普拉斯(Gilbert Plass)准确计算了CO2辐射强迫，确定了大气CO2造成的红外冷却速率和大气层顶的净射出辐射, 讨论了大气CO2浓度变化对上述物理量的影响。（ 有故事表明，他纯粹是出于好奇心做的研究，帮助他从武器工程师计算的日常工作中解脱出来）。
1957年，美国海洋学家罗杰.雷维尔（Roger Revelle）和奥地利出生的美国化学家汉斯.苏斯（Hans Suess）意识到工业排放的二氧化碳在大气中积聚，在1957年的合著论文中写道，“人类现在正在进行一种大规模的地球物理实验，要将几亿年来沉积在地下的有机碳在几个世纪的时间里返还到大气层中去。这种实验在过去是不可能发生的，在未来也不会重现。”
20世纪50年代，美国化学家查尔斯·基林（Charles Keeling，1928-2005）接到雷维尔（是的，上面那位罗维尔）的工作邀请去测量大气中的二氧化碳。基林开始以前所未有的精度测量南极洲和夏威夷莫纳罗亚山的二氧化碳含量，这两个测量点都远离任何热源。1960年，他成功地证实了二氧化碳含量的确呈上升趋势。随着基林曲线的升高，它所预示的问题也越来越受关注。基林克服了多次资金危机，坚持长期的每日二氧化碳的浓度监测，现在我们有了两个跨度近半个世纪的大气二氧化碳高度精确的记录，从20世纪50年代末至今天，二氧化碳的浓度已经从315ppm上升至2013年5月9日的400ppm，并且在持续攀升。
有机构沿用基林的监测方法，持续更新基林曲线
1967年6月，美籍日裔学者真锅淑郎（Syukuro Manabe）和美国学者理查德·韦瑟尔德（Richard Wetherald，1936-2011）(可惜的是韦瑟尔德于2011年去世,否则他应该与真锅淑郎一起获得2021年的诺奖)合作在美国气象学会《大气科学杂志》上发表了题为《给定相对湿度分布的大气热平衡》的著名论文。基于辐射传输科学的最新进展，他们利用简化的一维辐射对流平衡模型将大气分为多个层，通过考虑辐射和对流的作用，真实地模拟重现了观测的大气垂直温度廓线。他们进一步基于该模型，计算了大气中二氧化碳浓度从150ppm增加到300ppm，以及从300ppm增至600ppm时的温度变化，结果发现，二氧化碳浓度每翻一倍，全球平均温度将会变暖约2.3℃。这是最早的关于二氧化碳导致全球增暖的定量估算，非常接近IPCC第六次科学评估报告给出的最佳估计值3.0℃。
1975年, 以真锅淑郎和韦瑟尔德发表论文, 代表着三维大气环流气候模式的诞生， 该模式是第一个能够处理CO2加倍的大气环流模式, 他们重新证实了阿伦尼乌斯所预测的全球变暖“极地放大”现象, 并利用冰雪反馈和极地大气层结变化来进行解释。
这篇论文建立了一个数学上可靠，并首次能够产生物理上真实结果的气候模式，其关于二氧化碳影响全球增暖的物理机制的工作，基本上终结了此前关于二氧化碳是否导致全球变暖的辩论。2021年诺贝尔物理学奖正式揭晓，其中一半授予两位气候学家真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼，以表彰他们“对地球气候的物理模拟、量化变率和可靠地预测全球变暖”。这是历史上诺贝尔物理学奖首次被授予气候学家。
2021年，真锅淑郎和
1979年, 受美国科学院国家研究委员会委托, 美国气象学家朱尔·查尼(Jule G. Charney)组织编写了题为《二氧化碳与气候》的科学评估报告, 回答使用化石燃料排放的CO2是否会造成地球气候变化, 这就是著名的《查尼报告》. 报告指出, 没有理由怀疑大气CO2浓度加倍会导致全球平均温度出现显著改变, CO2浓度加倍将令全球温度升高1.5~4.5℃。自该报告后，全球变暖的概念开始进入公众的视野，并引起欧美各国政府的高度重视。
1984年, 美国气候学家詹姆斯·汉森（James Hansen）定量分析了气候反馈, 发现云反馈过程会对气候敏感度产生很大影响. 从气候反馈定量分析的角度, 该文被视为气候模式发展一项里程碑式的工作。汉斯也被尊为“全球变暖研究之父”，2006年被《时代》杂志评选为全球100位最具影响力人物之一。
1986年, 英国学者菲利普·琼斯（P.D. Jones）发表论文“1861~1984年的全球平均温度变化”，琼斯教授整理了世界各地的各种温度观测资料，给出了公认可较可靠的自1850年以来的全球平均温度时间序列，观测数据明确揭示出全球变暖现象。
敲响全球气候变暖警钟的是1988年，全球气候问题从学术界走向政坛。
1988年是有史以来最热的年份之一。在中国， 气象专家回顾1988年，都将那次高温酷暑形容为热浪。1988年，我国江南大部地区在副热带高压控制下，盛行下沉气流，热浪滚滚，7月份高温天气几乎持续了20多天。闽、浙、赣、湘、鄂、豫、苏、沪、皖、川东、黔东、陕南、粤、桂等地的日最高气温普遍达35℃~39℃，淮河及长江中下游不少地区的气温高达39℃，有的地区甚至超过41℃。南京市区中暑病人达1万之多，其中重症近千人，重症中暑死亡率高达为30.2％。在69个美国城市，还有莫斯科，创下了最高的单日高温记录。洛杉矶气温高达43度，一天之内有400个变压器爆炸。中西部遭受了自黑风暴以来最严重的旱灾，黄石国家公园几乎要燃烧起来了。
1988年南京高温报道
洛杉矶时报关于1988年高温的报道
1988年5月9日，美国宇航局气候科学家詹姆斯·汉森（James Hansen，是的，上面那位全球气候变暖之父）在参议院能源和自然资源委员会作证时说，气候正在变暖，温室气体是造成气候变暖的原因，而我们要对这些气体的增长负责。
那场著名的听证会
1988年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）由联合国环境规划署（UNEP）和世界气象组织（WMO）成立，是联合国负责评估与气候变化有关的科学的机构。
1990年，IPCC发布了第一份评估报告。经过数百名顶尖科学家和专家的评议，该报告确定了气候变化的科学依据，它对政策制定者和广大公众都产生了深远的影响，也影响了后续的气候变化公约的谈判。报告指出，“人类活动在大幅增加大气中温室气体的浓度”，如果情况一切照旧，在21世纪，每十年气温将升高0.3℃，同时海平面每十年将上海6厘米，到2100，平均气温将比现高出3~4℃，海平面将上涨60~70厘米。报告提出，如果要保持目前的二氧化碳浓度，当前的温室气体的排放体必须 减少60%~80%，即全球的工业和交通运输系统基本上都要关停。
1992年6月，历经多次艰难的谈判后，在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会参加谈判的150个国家的代表最终确定签署《联合国气候变化框架公约》 （United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC），目前几乎所有国家都加入了UFCCC，有198个缔约国。公约承认了气候问题的存在，并设定了一个崇高且具体的目标：将温室气体浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。 UNFCCC也被确立为全球应对气候变化和国际合作的基本框架，于1994 年3 月21 日正式生效，并且规定每年举行一次缔约方大会(Conference of the Parties to the UNFCCC，简称COP) ，也称全球气候大会，是全球关于气候问题最有影响力的会议。
2015年12月12日，197个国家在COP21上通过了《巴黎协定（The Paris Agreement）》，对2020年后全球应对气候变化的行动作出了统一安排。《巴黎协定》第二条明确提出：“把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内，同时认识到这将大大减少气候变化的风险和影响。”协定第四条中提出“为了实现第二条规定的长期气温目标……在平等的基础上，在本世纪下半叶实现温室气体源的人为排放与汇的清除（即碳中和）之间的平衡。”基本确认了2100年内将全球变暖限制在工业化前水平1.5℃之内，2050年内实现碳中和的目标。
2022年12月，COP27在埃及沙姆沙伊赫正式开幕，来自世界各地的超过3.5万人参与本次峰会，包括各国政府代表、观察员和民间社会人士，法国总统马克龙、德国总理朔尔茨、英国首相苏纳克、巴西总统卢拉在内的70多位各国领导人也参与了会议。
COP27开幕式上，联合国秘书长古特雷斯忧心忡忡，“我们正驶在前往气候地狱的高速公路上，而且还脚踩油门”。
联合国秘书长古特雷斯在COP27开幕布发言
人类的共同行动进展如何呢？
那是另外一个利益缠绕、唇枪舌剑的故事了。
用诺贝尔物理学奖真锅淑郎的回答结尾：弄清气候变化背后的物理学原理要比让世界采取行动容易“1000倍”。
