溫室效應係數是什麼？

剛剛看一段材料，說的是CH4比CO2的溫室效應係數強21倍。這個係數是怎麼得出來的？
(原文:Treibhauswirksamkeit von CH? ist um Faktor 21
st?rker als CO?)

自地球形成以來，大氣的成分，無時不變，尤其是微量氣體，其量雖微，但對全球環境之影響佔有決定性角色。其中地球溫暖化的原理，就如同溫室(Greenhouse)，大氣吸收來自地球表面所釋放之長波輻射，再反射回地面，借著此種自然的溫室效應，維持地表之溫度。若大氣不存在，地球之溫度將較目前為低。近年來由於人類經濟活動的快速成長，所製造之化學品及產生之空氣污染，正以空前未有之速度，改變大氣結構。其中特別是化石燃料燃燒後所產生之CO2氣體，大量排放進入大氣後，吸收地表之長波輻射，造成之人為溫室效應使地表溫度逐漸增加。雖然，至目前為止，僅增加少許溫度
(過去 100年只增加 0.3~0.6℃)，海平面則持續上升 (10~15公分)。工業革命後 CO2濃度增加 28％，科學家預測若不採取任何防治措施則於公元 2100年時，地表溫度將較目前增加 1~3.5℃，海平面將上升 15至 95公分，此種溫室效應對於整個生態環境(包括地球、海洋與人類的經濟、社會等)及全球氣候，將有深遠而不可知之影響。

大氣如同一過濾器可控制地球、太陽及太空間能量交換。大氣中某些氣體可讓短波輻射以可見光形式照射地表，並且吸收自地表反射的長波輻射，這些可以保留能量的氣體，即所謂溫室效應氣體，包括：

1)
二氧化碳 (CO2)－由於大量使用煤、石油、天然氣等化石燃料，全球的二氧化碳正以每年約六十億噸的量增加中。

2)
氟氯碳化物 (CFCs)－以CFC－l1、CFC－12及CFC－113占最大使用量。使用範圍包括冷媒、清洗、噴霧及發泡等用途，同時此類化合物也是破壞臭氧層的禍首。

3)
甲烷 (CH4)─產生自發酵與腐化的變更過程及物質的不完全燃燒，主要來自牲畜、水田、汽機車及掩埋場的排放。

4)
氧化亞氮 (N2O)─系由石化燃料的燃燒，微生物及化學肥料分解而排放出來。

5)
臭氧 (O3)─來自地面污染，如汽機車、發電廠、煉油廠所排放的氮氧化合物及碳氫化合物，經光化學作用而產生臭氧。

目前這些溫室氣體仍持續增加中，至 1994年 CO2每年平均增加 0.4％，濃度約 358
PPM；CH4每年平均增加 0.6％，濃度約 1.7PPM；N2O每年平均增加0.25％，濃度約 0.31 PPM；CFC－11濃度約 268 PPT；CFC－12濃度約480
PPT。由圖可以看出，造成溫室效應的能力以CFC最強，每單位重量比CO2大上好幾千倍。而其中對全球溫升的貢獻百分比則以CO2為造成溫升之主要氣體，約佔55％。由圖可以看出過去40年來，各種溫室效應氣體造成氣溫上升的趨勢。

「溫室氣體排放係數」是各國環保單位常用之各溫室氣體排放係數信息 ，請參考計算燃料及電力CO2，通常以CO2、CH4及NO2來制訂「建議排放係數」。而「全球暖化潛勢」（Global warming
potential，簡稱GWP），亦作「全球升溫潛能值」，是衡量溫室氣體對全球暖化的影響。是將特定氣體和相同質量二氧化碳比較之下，造成全球暖化的相對能力。二氧化碳的全球暖化潛勢定義為 1。全球暖化潛勢是溫室效應的影響因子之一。其中以 CO2為 1時，CH4為 21，也就是你所謂：CH4比CO2的溫室效應係數強 21倍。實際上不能稱為「溫室效應係數」才對。請參考http://ghgprotocol.org/sites/default/files/ghgp/Global-Warming-Potential-Values.pdf

GWP的計算方式采一化學物質的全球暖化潛勢定義為從開始釋放一公斤該物質起，一段時間內輻射效應的對時間積分，相對於同條件下釋放一公斤參考氣體（二氧化碳）對應時間積分的比值：

其中 TH是計算時的評估期間長度；ax是一公斤氣體的輻射效率（單位為Wm-2
kg-1）；x(t)則是在一公斤氣體在 t=0時間釋放到大氣後，隨時間衰減之後的比例。分子是待測化學物質的積分量，分母則是二氧化碳的積分量。隨著時間變化，輻射效率 ax及 ar可能不是常數。許多溫室氣體吸收紅外線輻射的量和其濃度成正比，但有些重要的溫室氣體（如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮）目前的紅外線吸收量和其濃度成非線性的關係，而且未來也可能仍然是非線性關係。