近日有報導說,珠穆朗瑪峰海拔6000米長出植被。要知道,珠穆朗瑪峰海拔很高,非常寒冷,而頂峰更是連細菌都稀少,而植被竟然跑上了珠穆朗瑪峰海拔6000多米的地方,這寓意著一件危險的事,我們不得不重視起來了。這一切正如上圖所說:「狼」來了!而這匹無比兇惡的惡狼,就是溫室效應!
溫室效應,又稱「花房效應」,是大氣保溫效應的俗稱。溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應,就是太陽短波輻射可以透過大氣射入地面,而地面增暖後放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質所吸收,從而產生大氣變暖的效應。大氣中的二氧化碳等物質就像一層厚厚的玻璃,使地球變成了一個大暖房。如果沒有大氣,地表平均溫度就會下到-23℃,而實際地表平均溫度為15℃,這就是說溫室效應使地表溫度提高38℃。大氣中的二氧化碳濃度增加,阻止地球熱量的散失,使地球發生可感覺到的氣溫升高,這就是有名的「溫室效應」。自工業革命以來,人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加,大氣的溫室效應也隨之增強,其引發了一系列問題已引起了世界各國的關注。世界上,宇宙中任何物體都輻射電磁波。物體溫度越高,輻射的波長越短。太陽表面溫度約6000K,它發射的電磁波很短,稱為太陽短波輻射(其中包括從紫到紅的可見光)。地面在接受太陽短波輻射而增溫的同時,也時時刻刻向外輻射電磁波而冷卻。地球發射的電磁波因為溫度較低而較長,稱為地面長波輻射。短波輻射和長波輻射在經過地球大氣時的遭遇是不同的:大氣對太陽短波輻射幾乎是透明的,卻強烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時,它自己也向外輻射波長更長的長波輻射(因為大氣的溫度比地面更低)。其中向下到達地面的部分稱為逆輻射。地面接受逆輻射後就會升溫,或者說大氣對地面起到了保溫作用。這就是大氣溫室效應的原理。大氣中每種氣體並不是都能強烈吸收地面長波輻射。地球大氣中起溫室作用的氣體稱為溫室氣體,主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟裡昂以及水汽等。它們幾乎吸收地面發出的所有的長波輻射,其中只有一個很窄的區段吸收很少,因此稱為"窗區"。地球正是主要通過這個窗區把從太陽獲得的熱量中的70%又以長波輻射形式返還宇宙空間,從而維持地面溫度不變,溫室效應主要是因為人類活動增加了溫室氣體的數量和品種,使這個70%的數值下降,留下的餘熱使地球變暖的。不過,CO2等溫室氣體雖然吸收地面長波輻射的能力很強,但它們在大氣中的數量卻極少。也正因為如此,所以人為釋放如不加限制,便很容易引起全球迅速變暖。早在1938年,英國氣象學家卡林達在分析了19世紀末世界各地零星的CO2觀測資料後,就指出當時CO2濃度已比世紀初上升了6%。由於他還發現從上世紀末到本世紀中葉全球也存在變暖傾向,因而在世界上引起了很大反響。為此,美國斯克裡普斯海洋研究所的凱林於1958年在夏威夷的冒納羅亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所,開始了大氣中CO2含量的精密觀測。由於夏威夷島位於北太平洋中部,因而可以認為它不受陸地大氣汙染影響,觀測結果有可靠性。1958年4月到1991年6月,人們對冒納羅亞山大氣中CO2的濃度進行了觀測,發現1958年大氣中CO2含量不過315ppm左右,而1991年已經達到了355ppm。問題的嚴重性還在於,1996年人類每年燃燒55億噸化石燃料(每噸約產生4噸CO2)中,大約只有一半進入了大氣,其餘一半主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達到飽和,大氣中CO2含量將成倍上升。此外,他們還發現CO2含量還有季節變化,冬夏可以相差6ppm。這主要是由於北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的結果,也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對降低。甲烷是僅次於CO2的重要溫室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多,但增長率則大得多。據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)1996年發表的第二次氣候變化評估報告,從1750-1990年共240年間CO2增加了30%,而同期甲烷卻增加了145%。一氧化二氮又稱笑氣,因為吸入一定濃度的這種氣體後會引起面部肌肉痙攣,看上去像在發笑一樣。主要是使用化肥,燃燒化石燃料和生物體所產生。大氣中的臭氧含量,在平流層中雖有減少,但在對流層中是增加的。氟裡昂氣體是氯、氟和碳的化合物;自然界裡本不存在,完全是人類製造出來的。由於它的融點和沸點都比較低,不燃,不爆,無臭,無害,穩定性極好,因此廣泛用來製造製冷劑、發泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟裡昂12和氟裡昂11含量雖都極少,但過去增長率卻很高,都是年增5%。CO2以外的其他溫室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多,有的要小好幾個量級,但它們的溫室效應作用卻比CO2強得多。因此它們對大氣溫室效應的貢獻,根據IPCC第二次《報告》,都只比CO2低一個量級。如果說它們對地球大氣溫室效應的總貢獻和CO2相比,在1960年以前還是很小的話,那麼不久的將來便會和CO2並駕齊驅以至超過CO2,這是不可忽視的。溫室氣體的排放量逐年增長溫室效應主要是由於現代化工業社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣,產生的和大量排放的汽車尾氣中含有的二氧化碳氣體進入大氣造成的。 溫室有兩個特點:溫度較室外高,不散熱。生活中我們可以見到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的溫室。使用玻璃或透明塑料薄膜來做溫室,是讓太陽光能夠直接照射進溫室,加熱室內空氣,而玻璃或透明塑料薄膜又可以不讓室內的熱空氣向外散發,使室內的溫度保持高於外界的狀態,以提供有利於植物快速生長的條件。之所以稱這一效應為溫室效應,亦與此原理有關。溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外,地球的氣候因此需要轉變來使吸取和釋放輻射的份量達至新的平衡。這轉變可包括全球性的地球表面及大氣低層變暖。溫室效應可使史前致命病毒威脅人類,美國科學家發出警告,由於全球氣溫上升令北極冰層融化,被冰封十幾萬年的史前致命病毒可能會重見天日,導致全球陷入疫症恐慌,人類生命受到嚴重威脅。今年初,科學家分析了採集自西藏古裡雅冰蓋的兩個冰芯樣本,從中發現了多種前所未見的古代病毒,最早可以追溯至1.5萬年前。研究人員稱,冰川融化「可能釋放保存了數萬至數十萬年的微生物和病毒」。2016年,俄羅斯東北部數十位居民感染「西伯利亞瘟疫」,一名12歲的俄羅斯男孩死於炭疽病。專家確信疫病爆發與75年前埋藏在多年凍土中的染病致死的人類和動物屍體有關——氣溫升高導致凍土融化,屍體暴露,馴鹿接觸病原體後再傳染給人類,最終釀成悲劇。假若全球變暖正在發生,有兩種過程會導致海平面升高。第一種是海水受熱膨脹令水平面上升。第二種是冰川和格陵蘭及南極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。預期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。全球變暖使極冰迅速融化,海平面上升對島嶼國家和沿海低洼地區帶來的災害是顯而易見的,突出的是:淹沒土地,侵蝕海岸。沿海區域是各國經濟社會發展最迅速的地區,也是世界人口最集中的地區,約佔全世界60%以上的人口生活在這裡,全球有超過一半人口居住在沿海100公裡的範圍以內,其中大部分住在海港附近的城市區域,海平面上升這些地區將是首當其衝的重災區。實驗證明在CO2高濃度的環境下,植物會生長得更快速和高大。但是,全球變暖的結果可能會影響大氣環流,繼而改變全球的雨量分布與及各大洲表面土壤的含水量。由於未能清楚了解全球變暖對各地區性氣候的影響,以致對植物生態所產生的轉變亦未能確定。沿岸沼澤地區消失肯定會令魚類,尤其是貝殼類的數量減少。河口水質變鹹可會減少淡水魚的品種數目,相反該地區海洋魚類的品種也可能相對增多。至於整體海洋生態所受的影響仍未能清楚知道。全球降雨量可能會增加。但是,地區性降雨量的改變則仍未知道。某些地區可有更多雨量,但有些地區的雨量可能會減少。譚老師地理工作室綜合整理此外,溫度的提高會增加水份的蒸發,這對地面上水源的運用帶來壓力。高溫環境容易創造男寶寶,低溫環境容易創造女寶寶。研究人員比較擔心的是,在全球溫度日益增高的溫室效應下,男寶寶出生的機率會越來越高,可能會造成男女比例的失衡。實際上全球正在朝此方向推動努力,是以此案最具實現可能性。倘若此案能夠實現,對於2050年為止的地球溫暖化,根據估計可以發揮3%左右的抑制效果。今日以熱帶雨林為主的全球森林,正在遭到人為持續不斷的急劇破壞。有效的因應對策,便是趕快停止這種毫無節制的森林破壞,另一方面實施大規模的造林工作,努力促進森林再生。日本汽車在此方面已獲技術提升,大幅改善昔日那種耗油狀況。但在美國等地,或許是因油藏豐富,對於省油設計方面,至今未見有何明顯改善跡象,仍舊維持過度耗油的狀況。因此,該地區生產的汽車在改善燃油設計方面,具有充分發揮的餘地。由於此項努力所導致的化石燃料消費削減,估計到了2050年,可使溫室效應降低5%左右。要改善其他各種場合的能源使用效率。今日人類生活,到處都在大量使用能源,其中尤以住宅和辦公室的冷暖氣設備為最。因此,對於提升能源使用效率方面,仍然具有大幅改善餘地,這對2050年為止的地球溫暖化,預計可以達到8%左右的抑制效果。任何化石燃料一經燃燒,就會排放出二氧化碳來。惟其排放量會因化石燃料種類而有不同。由於天然瓦斯的主要成分為甲烷,故其二氧化碳排放量要比煤炭、石油為低。同樣是要產生一千卡的熱量,煤炭必須排放相當於0.098公克碳量的二氧化碳;這在石油則為0.085公克;若是換成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。因此,有人提案依照天然瓦斯、石油、煤炭的順序予以加重課稅。如此一來,或許可以促使生產廠商及消費者在使用能源時有所警惕,避免作出無謂的浪費。而其稅金收入,則可用於森林保護和替代能源的開發方面。因為天然較少排放二氧化碳。日本都市也都普遍改用天然氣取代液化瓦斯,此案則是希望更進一步推廣這種運動。由於汽車的排氣中,含有大量的氮氧化物與一氧化碳,因此希望減少其排放,這可以對到2050年為止的溫暖化,分擔2%左右的抑制效果。利用生物能源、太陽能等作為能源。這方面的努力能使化石燃料用量相對減少,因此對於降低溫室效應具備直接效果。作為地球上最大的碳吸收劑載體,海洋大約吸收了人類碳排放量的三分之一,減少了大氣中的含量,延緩了氣候變化。其能力很大,潛力也很大。溫室效應是地球大氣層的一個重要功能,它就像是具有「保溫」作用的「棉被」或溫室大棚,可保護地球,使之保持溫暖。如果地球沒有大氣層或溫室效應地球表面的平均溫度是攝氏-18度,而非現在的攝氏15度。
溫室大棚
大氣層和溫室效應的另一個功能是可以穩定地球表面的溫度,使我們能居住在一個相對穩定的溫度環境裡。如果沒有大氣層或溫室效應,晝夜的溫差會很大。例如,月球表面由於沒有大氣層,白天在陽光垂直照射的地方溫度高達127攝氏度,而夜晚溫度則可降到零下183攝氏度。
而地球的情況則完全不同:白天,太陽光照射到地球上,大約一半的太陽輻射會被地球表面吸收並使之增溫,其它則被反射回宇宙。夜晚,地球表面則以紅外線的方式向宇宙散發白天吸收的熱量,其中也有一部分會被大氣層吸收,使氣溫不至於降得過低。
溫室效應示意圖(資料來源:IPCC)
前坡面夜間用保溫被覆蓋,東、西、北三面為圍護牆體的單坡麵塑料溫室,統稱為日光溫室。其雛型是單坡面玻璃溫室,前坡面透光覆蓋材料用塑料膜代替玻璃即演化為早期的日光溫室。
日光溫室的特點是保溫好、投資低、節約能源,非常適合我國經濟欠發達農村使用。那在建設日光溫室需要注意些什麼呢?
一、溫室大棚的選址
日光溫室大棚選址非常重要,選址時應儘量選在平坦地塊,地下水位不要太高,避開擋光的高山和建築,對種植和養殖業用戶來說,有汙染的地方也不能建棚。另外有強烈季風的地區要考慮所選溫室大棚的抗風能力。一般溫室大棚的抗風能力應在8級以上。
二、溫室朝向
對日光溫室來講,溫室的朝向對溫室內的蓄熱能力影響很大,現在我國大多數地區選擇正南方向,這裡所說的正南也就是所在位置的子午線方向。根據經驗北方地區的溫室朝向偏西一些為好。偏西角度在5~10度為宜。這樣便於溫室更多的積蓄熱量。如果建造多棟溫室,溫室間的間距不應低於一棟溫室的寬度。搞種植的大棚建議選擇南北走向,即大棚的棚頭分別在南北兩側,這種朝向能使大棚內的作物分配到均勻的光照。
三、溫室大棚的砌築安裝
(1)日光溫室的砌築要因地制宜,溫室的牆體材料選擇要具有良好的保溫性和蓄熱能力。這裡強調的是,溫室內牆一定要有蓄熱功能,以便儲存熱量。夜間,這些熱量會釋放出來保持棚內的溫度平衡。磚牆、水泥抹灰牆、新型複合牆體、土牆都具有蓄熱能力。溫室的牆體一般採用磚混結構較好。
(2)溫室基礎設計是根據地質結構和當地氣候條件決定的,寒冷地區、土質酥鬆的地區基礎相對深一些,以超越凍層為宜,地梁上面砌築牆體,牆體要有保溫夾層,保溫夾層填充苯板、珍珠巖、爐灰等保溫材料。牆體超過60延長米的建議留伸縮縫,溫室的後牆要根據溫室的使用性質,留有通氣窗,供冬季通風使用。溫室牆體砌築封頂前要下拱架預埋件,供拱架安裝時使用。溫室牆體高度根據溫室跨度而定,一般10米跨溫室後牆高度3.2米為宜。
(3)山牆一側留門,需要工作間的溫室在溫室的一端搭建工作間,工作間不要過高以免遮光。溫室前底角應砌築20公分的牆裙並留預埋件,裙牆的作用主要是擋風、防水和固定拱架。牆裙拱架預埋件應與後牆拱架預埋件相對應。裙牆同樣需要設置壓膜線勾環,一般可以設在裙牆外側面。與後牆壓膜線勾環相對應。在拱架安裝完畢後裙牆和後牆應抹灰,把焊口抹在裡面。抹灰時要向外側抹出斜面以便排水。
這種日光溫室是在原來半拱圓形大棚的基礎上,通過改變保溫方式改造而來的,發明者稱其為"穹頂集成溫室"。
其基本結構是:東西設置,外形為標準的半圓形;跨度6.6米,屋頂高3.3米;支架間距為1.2米,支架為半圓槽式,保溫窗每個為1.2×4.6米;溫室長度一般為64米。
後坡和保溫窗均採用聚苯乙烯泡沫板作保溫材料,其保溫效果約為相同厚度混凝土的40倍,土坯牆的20倍,蘆葦的4倍,稻草的2.7倍;後坡固定保溫牆為10釐米厚的聚苯乙烯泡沫板,活動保溫窗採用5釐米厚的聚苯乙烯泡沫板。
1 、採光集熱好
"穹頂集成溫室"為標準半圓形,接地處與地面基本垂直,入射角度合理,比傳統日光溫室採光效率提高3%以上;傳統日光溫室每天人工收放草苫需80分鐘,而"穹頂集成溫室"每天開閉保溫窗所需時間不足20分鐘,採光時間淨增l小時以上。冬季日光照射到溫室北面白色泡沫板弧牆,聚光後向南反射,增加了光照強度,解決了溫室內南北光差及方向性的問題。
由於採光採熱效果好,冬季晴天時,室內每l0分鐘可提高l℃,最高可升至36℃-38℃。
2 、保溫效果好
"穹頂集成溫室"以聚苯乙烯泡沫板為保溫材料,北面固定保溫板厚l0cm,南面的活動保溫窗5cm厚,而且"穹頂集成溫室"泡沫板在棚膜內,保溫性能不受風雪影響,而草苫等在冬季風雪影響下,保溫效果更差。
"穹頂集成溫室"保溫窗操作方便,可根據日照、溫差的變化隨時調整保溫窗的位置,以達最佳採熱、保溫效果,也可依照電腦程式調整。
3 、提高土地利用率
傳統日光溫室最高點在頂部1/4處,再加草苫高度,投影較長,棚間距較大;而"穹頂集成溫室"最高點在正中央,北邊投影縮短23.4%,可節省棚間佔地14.3%。
4 、抗風雪
另一方面,因"穹頂集成溫室"為半圓型結構,而且外部沒有草苫覆蓋,冬季積雪量少,容易清除,徹底解決了傳統日光溫室容易積雪而且難以清除的弊端。前屋面保溫窗重量輕,操作方便,勞動強度低。
半圓形高效節能日光溫室的構件可以進行批量生產,建造簡單。目前來看造價相對較高,也還有需要不斷完善的方面,但它為日光溫室的發展提供了新的思路。
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