气候变化/全球变暖潜能

全球变暖潜能 (GWP) 是指在特定时间范围内，一定质量的温室气体与相同质量的二氧化碳相比，对全球变暖的贡献程度的衡量指标。这是一个相对尺度，将所讨论的气体与相同质量的二氧化碳 (其 GWP 按惯例等于 1) 进行比较。GWP 是在特定时间段内计算出来的，因此在引用 GWP 时必须说明时间段的值，否则该值毫无意义。

京都议定书中受限制的物质，要么是在地球大气层中迅速增加其浓度，要么具有较高的 GWP。

GWP 取决于以下因素

• 特定物种对红外辐射的吸收
• 其吸收波长的光谱位置
• 该物种在大气中的寿命

因此，较高的 GWP 与较大的红外吸收和较长的大气寿命相关。GWP 对吸收波长的依赖关系更为复杂。即使气体在特定波长处有效地吸收辐射，但这可能不会对其 GWP 产生太大影响，如果大气层已经吸收了该波长处的大部分辐射。气体在“窗口”波长范围内产生最大影响，在该范围内大气层相当透明。GWP 作为波长函数的依赖性已通过经验确定并以图表形式发布。

由于温室气体的 GWP 直接取决于其红外光谱，因此使用红外光谱研究温室气体在努力理解人类活动对全球气候变化的影响方面至关重要。

计算全球变暖潜能

正如辐射强迫提供了一种简化的方法来比较据信会影响气候系统的各种因素，全球变暖潜能 (GWP) 是一种基于辐射特性的简化指数，可以用来估计不同气体排放对气候系统未来潜在影响的相对程度。GWP 基于许多因素，包括每种气体相对于二氧化碳的辐射效率 (红外吸收能力)，以及每种气体相对于二氧化碳的衰减率 (在一定年限内从大气中去除的量) [1].

辐射强迫能力 (RF) 是温室气体吸收的能量量，单位为每单位面积、每单位时间，否则这些能量将损失到太空。它可以用以下公式表示

$RF=\sum _{n=1}^{100}Abs_{i}*F_{i}/(pathlength*density)$

其中下标i 代表 10 个倒数厘米的间隔。Abs_i 代表样品在该间隔内的红外积分吸收率，F_i 代表该间隔内的 RF。

政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 提供了普遍接受的 GWP 值，这些值在 1996 年和 2001 年之间略有变化。GWP 计算方法的确切定义可以在 IPCC 的2001 年第三次评估报告中找到。GWP 定义为 1 千克示踪物质瞬时释放产生的时间积分辐射强迫与 1 千克参考气体产生的时间积分辐射强迫之比

$GWP\left(x\right)={\frac {\int _{0}^{TH}a_{x}\cdot \left[x(t)\right]dt}{\int _{0}^{TH}a_{r}\cdot \left[r(t)\right]dt}}$

其中 TH 是计算考虑的时间范围；a_x 是由于大气中物质丰度增加一个单位而引起的辐射效率（即，Wm^-2 kg^-1），[x(t)] 是物质在时间 t=0 时瞬时释放后丰度随时间衰减的时间依赖性。分母包含参考气体（即 CO₂）的相应量。辐射效率 a_x 和 a_r 在时间上不一定是恒定的。虽然许多温室气体对红外辐射的吸收与其丰度呈线性关系，但一些重要的温室气体在当前和可能出现的未来丰度范围内表现出非线性行为（例如，CO₂、CH₄ 和 N₂O）。对于这些气体，相对辐射强迫将取决于丰度，因此取决于采用的未来情景。

由于所有 GWP 计算都是与非线性的 CO₂ 进行比较，因此所有 GWP 值都会受到影响。如果像上面那样假设其他情况，那么其他气体的 GWP 将比更详细的方法得出的 GWP 低。

在京都议定书中的使用

根据京都议定书，缔约方大会决定 (决定 2/CP.3) [2] 在计算总体来源和汇时，应使用为 IPCC 第二次评估报告计算的 GWP 值来将各种温室气体排放转换为可比较的 CO₂ 当量。

时间范围的重要性

请注意，物质的 GWP 取决于计算潜能的时间范围。一种从大气中迅速去除的气体最初可能具有很大影响，但在更长的时间范围内，随着其被去除，它变得不那么重要。因此，甲烷在 100 年内的潜能为 25，但在 20 年内的潜能为 72；相反，六氟化硫在 100 年内的 GWP 为 22,800，但在 20 年内的 GWP 为 16,300 (IPCC TAR)。GWP 值取决于气体浓度在大气中随时间衰减的方式。这通常不是精确已知的，因此这些值不应被认为是准确的。因此，在引用 GWP 时，重要的是要提供对计算的参考。

混合气体的 GWP 不能通过任何形式的简单线性加法从组成气体的 GWP 中确定。

通常，监管机构使用 100 年的时间范围（例如，加利福尼亚州空气资源委员会）。

数值

二氧化碳的 GWP 恰好为 1（因为它是在所有其他温室气体与之比较的基准单位）。

GWP 值和寿命来自 2007 年 IPCC 第四次评估报告第 212 页[3] (括号内为 2001 年 IPCC 第三次数评估报告[4])	寿命 (年)	GWP 时间范围
		20 年	100 年	500 年
甲烷	12         (12)	72         (62)	25         (23)	7.6       (7)
氧化亚氮	114       (114)	289       (275)	298       (296)	153       (156)
HFC-23 (氢氟烃)	270       (260)	12,000   (9400)	14,800   (12000)	12,200   (10000)
HFC-134a (氢氟烃)	14         (13.8)	3830     (3300)	1430     (1300)	435       (400)
六氟化硫	3200     (3200)	16,300   (15100)	22,800   (22200)	32,600   (32400)

虽然水蒸气在吸收红外辐射方面有重大影响（即温室效应；参见温室气体），但其全球变暖潜势并未计算。其在大气中的浓度主要取决于气温。无法直接影响大气水蒸气浓度。