一、温室效应对全球气候及其演化影响
人类活动已大幅增加大气中的温室气体浓度，这种增加增强了温室效应。平均而言将引起地球表面和大气进一步增温，并可能对自然生态系统和人类产生不利影响。
（一）温室效应
大气中的水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等微量气体成分，一方面能让太阳光通过，加热地球表面；另一方面能吸收由地球表面反射回宇宙空间的远红外线，从而对大气起到加热的作用，维持地球气温一定水平，为人类和地球上的所有生物提供适宜的生存温度和气候。这类能使地球大气增温的微量气体被称为温室气体，其作用即是温室效应。
大气中的温室效应气体的存在量极低，水蒸气只占大气总量的0.5%，CO2只占0.04%，其他气体（N2O、CH4、O3等）所占份额则更少。至于人类制造并排放的氯氟烃（CFC）就更是微乎其微。
然而，正是这种微量气体，对人类活动的影响极为敏感。由于人类活动导致大气中这类气体的增加，使其所起的气候功能发生变化，因此造成全球气温的升高并由此影响到地球生物圈的稳定和人类的经济社会生活。
据研究（丁一汇等，1997；叶笃正，1995），如果大气中不含温室气体，地球表面的平均温度大约只有225K（-18℃）。实际上地球表面的平均气温为288K（15℃）。这33℃的温度差，就是H2O、N2O、CH4、O3等微量气体的贡献。如果没有这种温室效应，整个地球将完全被冰雪覆盖，也就不存在丰富多彩的生命了。
由于人类活动的规模越来越大，向大气排放的温室气体超过了自然能消纳的程度，这类气体在大气中迅速聚积，使温室效应不断增强，导致气温上升和全球变化。
（二）全球温室气体的排放情况（丁一汇等，1997；叶笃正，1995）
1.二氧化碳（CO2）是数量最大的温室气体，占大气总量的0.04%
自19世纪工业革命以来，大气中的CO2浓度迅速增加。1860～1900年，每年增长0.15×10-6（V），1900～1940年，每年增长0.5×10-6（V），1940～1950年，每年增长1.0×10-6（V）。1959年大气中的CO2含量达到316×10-6（V），1985年达到345.65×10-6（V），1987年达到348.62×10-6（V）。目前，每年仍以（1～1.5）×10-6（V）的速度继续增长（表14-1和图14-1）。
表14-1 1959～1987年大气中的CO2浓度
图14-1 1959～1987年大气中的CO2浓度
（据丁一汇等，1997；叶笃正，1995）
据推算，大气中的CO2浓度每增加1×10-6（V），相当于大气累积的CO221.3亿t（以C计）。
大气中的CO2浓度的上升，主要是人为因素造成的，包括土地利用破坏植被的自然排放和燃烧矿物燃料的人工排放。据联合国环境规划署（UNEP）估算，热带地区的土地利用改变已释放出到大气中的CO2量每年约16.56亿t碳，温带与寒带土地利用改变释放的CO2量每年约1.33亿t碳，而燃料矿物、生产水泥等人为排放的CO2量每年高达55亿t碳（表14-2和图14-2）。
表14-2 全球人为排放的CO2（106t/a，以C计）
图14-2 1950～1986年全球CO2排放总量增长（106t，以C计）
2.氯氟烷烃（CFC）
氯氟烷烃（CFC）广泛用作制冷剂等。据估算，全世界每年生产和消费的氯氟烷烃（CFC）量达100多万吨，年增长速率约5%。
氯氟烷烃（CFC）是一种主要的破坏大气臭氧层的物质，也是主要的温室气体之一。其化学性质稳定，能在大气层中长期存留。随着生产和消费的增加，大气层中氯氟烷烃（CFC）也在逐步增加（表14-3）。
表14-3 大气层中氯氟烷烃（CFC）的增长情况〔10-9（V）〕
3.甲烷（CH4）
甲烷（CH4）主要由厌氧微生物活动产生，其增长与世界人口增长趋势一致。大气中甲烷的浓度，在200a前大约为0.8×10-6（V），100a前增加到0.9×10-6（V）。太阳红外光谱分析表明，近40a大气中的甲烷增加了30%。1978年起，开始正式观测，测得浓度为1.51×10-6（V），现在（1988年）已达到1.72×10-6（V）。据计算，甲烷目前的增长速度为每年1%。按此速度发展，到2030年，大气中的甲烷要比现在增加40%，达到2.34×10-6（V），2050年达到2.5×10-6（V）。
4.氧化亚氮（N2O）
氧化亚氮（N2O）既是消耗臭氧的物质，也是温室气体，有天然产生的，也有人为产生的。据UNEP报告，每年土壤中产生N2O 600万t，海洋和淡水产生200万t，燃料产生190万t，肥料产生60 万～230 万t，与其他途径产生的之和，共计每年产生1200 万～1500万t（以N计）。
从1940年开始，大气中 N2O 开始出现明显增长的态势。大气中的 N2O 寿命高达170a，因而易于积累。目前，大气中的N2O浓度约310×10-9（V），每年增加0.8×10-9（V）左右，约以0.26%的年速度递增（表14-4）。
表14-4 大气中N2O浓度增长情况〔×10-9（V）〕
5.对流层的臭氧
近年来，氮氧化物等污染物导致对流层臭氧的增加令人注目。根据欧洲国家的观察，地面上的臭氧浓度在20世纪初大约为10×10-9（V），最近有显著增加的趋势，年增长率大于2%～3%。这样的增长势头在阿拉斯加和夏威夷也观察到了，两地年增长率分别为0.8%和1.4%。
对流层中的臭氧增加的趋势在高空的游离大气层中已观察到。北半球中纬度的游离大气层中的年增加率为0.5%～3%。这些增加的臭氧主要原因是人为排放的温室气体所致。
（三）温室效应对全球气候的影响（丁一汇等，1997）
温室气体的不断积聚使温室效应不断增强，将影响气候因素中水环境因子发生变化，如使地球气温上升、气候变暖，并由此导致海平面上升及地球生态系统的一系列变化。
1.气候变暖
20世纪80年代的研究结果认为，人为造成的温室气体CO2、CFC、N2O、CH4对全球变暖的贡献分量分别为55%、24%、6%和15%。目前，各种气候模型都是以CO2增加所导致的气候变暖为对象进行预测的。有的气候模型预测结果指出，如果大气中的CO2增加1倍，全球气温将上升3～5℃，这比过去1万a的地球平均气温的变化还大。
2.海平面上升
美国国家海洋大气管理局的研究报告认为，到2050年，海平面可能比1980年上升12.0～27.5 cm；世界大洋温度正以每年0.1℃的速度增加；全世界海平面在过去的一百年平均上升14.4 cm；海平面的上升将造成一系列的生态环境问题。
3.水分平衡变化和生态影响
生态对于气温仅仅变化1～2℃时反应还比较迟钝，但对气温冷暖变化所引起的水分平衡状态的变化却十分敏感。根据1470年以来的资料推测出在全球变暖情况下，中国的长江流域、陕西等地区可能变干；而华北地区、黄河河曲以上则可能变湿。
气候变暖会打破原有的生态平衡，使生态系统发生破坏重建，增加生态系统的不稳定性。
上述这些都是气候变暖可能给水环境带来的影响。
二、中国的温室气体排放及其对气候影响
（一）中国的温室气体排放（叶笃正，1995）
1.CO2
有资料表明，从1949～1988年这段时期里，中国的CO2排放量的增长率为5%，这些CO2主要是燃烧各种燃料造成的（图14-3）。
图14-3 中国1949～1990年CO2主要人为源的释放量变化（以C计，1012g）
2.CH4
甲烷是仅次于CO2的温室气体，是大气中丰度最大的烷烃。其主要来源于稻田、生物物质燃烧、沼泽地或生物分解等，但以稻田释放的占主导地位。根据观测，中国释放的甲烷量及其增长趋势如图14-4和图14-5。
图14-4 中国逐年释放的甲烷量及其增长趋势
图14-5 1985～1988年中国逐年释放的甲烷量及其增长趋势
3.氮化物
大气中的氮化物主要有N2O、NH3、NO、NO2等，是煤、原油、天然气、生物物质等的燃烧和微生物分解等过程中产生的。其中以氧化亚氮（N2O）所占的比重最大，为56.2%。图14-6显示了氧化亚氮（N2O）在1959～1988年这段时间里的增长趋势。可以看出，我国的煤、原油、天然气等化石燃烧所产生的氧化亚氮的增长势头是非常迅速的。
图14-6 1959～1988年中国逐年释放的氧化亚氮（以N计，1012g）量及其增长趋势
4.我国温室气体的分布及其对全球温室效应的贡献
研究资料证实，CO2集中分布在东北、华北、华东、华中和华南的部分地区；而甲烷气体则较多地分布在华东、华中、华南及四川的长江流域。
与全球相比，中国排放的温室气体 CO2、CH4、N2O 分别占全球总量的 14.3%、12.0%、7.37%；按人均计算，也只是1：1.6、1：1.46、1：3.6，是偏小的。
总体来看，中国人均温室气体排放量与全球人均排放量相比是偏小的，但其增长趋势是相同的（图14-6）。
（二）温室气体对华北平原气候的影响
关于温室效应对华北平原气候的影响，已经有很多人做过研究。尽管还存在异议，但多数研究结果（姚檀栋等，1987）显示，温室效应使未来东亚与中国地区的气温明显变暖，降水有增加的趋势。国家气象中心的赵宗慈先生利用较简单的全球气候预测模式与7个全球大气海洋海冰模式构成的联合方案来估算未来50a温室效应对东亚及中国气候变化的可能影响，结果如表14-5和表14-6。
表14-5 未来50a温室效应对中国各区域气温变化的可能影响（℃)（相当于目前气候）
表14-6 温室效应对未来50a中国各区域夏季降水的可能影响（%）（相当于目前气候）
表14-5和表14-6的计算数据显示，温室效应将使华北地区的气温到2030年比现在变暖0.85℃左右；使降水比现在多0.6%左右。