【考向预测】温室效应也可以利用？什么是日光温室？看看这种日光温室怎么样？

综合整理自全国高考地理备考专家数据库

近日有报道说，珠穆朗玛峰海拔6000米长出植被。要知道，珠穆朗玛峰海拔很高，非常寒冷，而顶峰更是连细菌都稀少，而植被竟然跑上了珠穆朗玛峰海拔6000多米的地方，这寓意着一件危险的事，我们不得不重视起来了。这一切正如上图所说：“狼”来了！而这匹无比凶恶的恶狼，就是温室效应！

1.定义

温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。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，就是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。大气中的二氧化碳等物质就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。如果没有大气，地表平均温度就会下到-23℃，而实际地表平均温度为15℃，这就是说温室效应使地表温度提高38℃。大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，其引发了一系列问题已引起了世界各国的关注。

2.原理

世界上，宇宙中任何物体都辐射电磁波。物体温度越高，辐射的波长越短。太阳表面温度约6000K，它发射的电磁波很短，称为太阳短波辐射（其中包括从紫到红的可见光）。地面在接受太阳短波辐射而增温的同时，也时时刻刻向外辐射电磁波而冷却。地球发射的电磁波因为温度较低而较长，称为地面长波辐射。短波辐射和长波辐射在经过地球大气时的遭遇是不同的：大气对太阳短波辐射几乎是透明的，却强烈吸收地面长波辐射。大气在吸收地面长波辐射的同时，它自己也向外辐射波长更长的长波辐射（因为大气的温度比地面更低）。其中向下到达地面的部分称为逆辐射。地面接受逆辐射后就会升温，或者说大气对地面起到了保温作用。这就是大气温室效应的原理。

3.温室气体

大气中每种气体并不是都能强烈吸收地面长波辐射。地球大气中起温室作用的气体称为温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它们几乎吸收地面发出的所有的长波辐射，其中只有一个很窄的区段吸收很少，因此称为"窗区"。地球正是主要通过这个窗区把从太阳获得的热量中的70%又以长波辐射形式返还宇宙空间，从而维持地面温度不变，温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和品种，使这个70%的数值下降，留下的余热使地球变暖的。不过，CO2等温室气体虽然吸收地面长波辐射的能力很强，但它们在大气中的数量却极少。也正因为如此，所以人为释放如不加限制，便很容易引起全球迅速变暖。

早在1938年，英国气象学家卡林达在分析了19世纪末世界各地零星的CO2观测资料后，就指出当时CO2浓度已比世纪初上升了6%。由于他还发现从上世纪末到本世纪中叶全球也存在变暖倾向，因而在世界上引起了很大反响。为此，美国斯克里普斯海洋研究所的凯林于1958年在夏威夷的冒纳罗亚山海拔3400米的地方建立起了观测所，开始了大气中CO2含量的精密观测。由于夏威夷岛位于北太平洋中部，因而可以认为它不受陆地大气污染影响，观测结果有可靠性。

1958年4月到1991年6月，人们对冒纳罗亚山大气中CO2的浓度进行了观测，发现1958年大气中CO2含量不过315ppm左右，而1991年已经达到了355ppm。问题的严重性还在于，1996年人类每年燃烧55亿吨化石燃料（每吨约产生4吨CO2）中，大约只有一半进入了大气，其余一半主要被海洋和陆地植物所吸收。一旦海洋中CO2达到饱和，大气中CO2含量将成倍上升。此外，他们还发现CO2含量还有季节变化，冬夏可以相差6ppm。这主要是由于北半球广阔大陆上植被冬枯夏荣的结果，也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大气中CO2浓度相对降低。

甲烷是仅次于CO2的重要温室气体。它在大气中的浓度虽比CO2少得多，但增长率则大得多。据联合国政府间气候变化委员会（IPCC）1996年发表的第二次气候变化评估报告，从1750-1990年共240年间CO2增加了30%，而同期甲烷却增加了145%。

一氧化二氮又称笑气，因为吸入一定浓度的这种气体后会引起面部肌肉痉挛，看上去像在发笑一样。主要是使用化肥，燃烧化石燃料和生物体所产生。

大气中的臭氧含量，在平流层中虽有减少，但在对流层中是增加的。

氟里昂气体是氯、氟和碳的化合物；自然界里本不存在，完全是人类制造出来的。由于它的融点和沸点都比较低，不燃，不爆，无臭，无害，稳定性极好，因此广泛用来制造制冷剂、发泡剂和清洁剂等。地球大气中浓度最高的氟里昂12和氟里昂11含量虽都极少，但过去增长率却很高，都是年增5%。CO2以外的其他温室气体在大气中的浓度虽比CO2小得多，有的要小好几个量级，但它们的温室效应作用却比CO2强得多。因此它们对大气温室效应的贡献，根据IPCC第二次《报告》，都只比CO2低一个量级。如果说它们对地球大气温室效应的总贡献和CO2相比，在1960年以前还是很小的话，那么不久的将来便会和CO2并驾齐驱以至超过CO2，这是不可忽视的。

4.直接原因

温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，产生的和大量排放的汽车尾气中含有的二氧化碳气体进入大气造成的。

5.特点

温室有两个特点：温度较室外高，不散热。生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。之所以称这一效应为温室效应，亦与此原理有关。

6.主要影响

（1）全球变暖

温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的份量达至新的平衡。这转变可包括全球性的地球表面及大气低层变暖。

（2）地球上的病虫害增加

温室效应可使史前致命病毒威胁人类，美国科学家发出警告，由于全球气温上升令北极冰层融化，被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日，导致全球陷入疫症恐慌，人类生命受到严重威胁。

今年初，科学家分析了采集自西藏古里雅冰盖的两个冰芯样本，从中发现了多种前所未见的古代病毒，最早可以追溯至1.5万年前。研究人员称，冰川融化“可能释放保存了数万至数十万年的微生物和病毒”。

2016年，俄罗斯东北部数十位居民感染“西伯利亚瘟疫”，一名12岁的俄罗斯男孩死于炭疽病。专家确信疫病爆发与75年前埋藏在多年冻土中的染病致死的人类和动物尸体有关——气温升高导致冻土融化，尸体暴露，驯鹿接触病原体后再传染给人类，最终酿成悲剧。

（3）海平面上升

假若全球变暖正在发生，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。预期由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米之间。

全球变暖使极冰迅速融化，海平面上升对岛屿国家和沿海低洼地区带来的灾害是显而易见的，突出的是：淹没土地，侵蚀海岸。沿海区域是各国经济社会发展最迅速的地区，也是世界人口最集中的地区，约占全世界60%以上的人口生活在这里，全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内，其中大部分住在海港附近的城市区域，海平面上升这些地区将是首当其冲的重灾区。

（4）影响农业

实验证明在CO2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。但是，全球变暖的结果可能会影响大气环流，继而改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解全球变暖对各地区性气候的影响，以致对植物生态所产生的转变亦未能确定。

（5）海洋生态

沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可会减少淡水鱼的品种数目，相反该地区海洋鱼类的品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所受的影响仍未能清楚知道。

（6）水循环

全球降雨量可能会增加。但是，地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更多雨量，但有些地区的雨量可能会减少。谭老师地理工作室综合整理此外，温度的提高会增加水份的蒸发，这对地面上水源的运用带来压力。

（7）男女比例失调

高温环境容易创造男宝宝，低温环境容易创造女宝宝。研究人员比较担心的是，在全球温度日益增高的温室效应下，男宝宝出生的机率会越来越高，可能会造成男女比例的失衡。

7.主要对策

（1）全面禁用氟氯碳化物

实际上全球正在朝此方向推动努力，是以此案最具实现可能性。倘若此案能够实现，对于2050年为止的地球温暖化，根据估计可以发挥3%左右的抑制效果。

（2）保护森林

今日以热带雨林为主的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。

（3）改善汽车燃料

日本汽车在此方面已获技术提升，大幅改善昔日那种耗油状况。但在美国等地，或许是因油藏丰富，对于省油设计方面，至今未见有何明显改善迹象，仍旧维持过度耗油的状况。因此，该地区生产的汽车在改善燃油设计方面，具有充分发挥的余地。由于此项努力所导致的化石燃料消费削减，估计到了2050年，可使温室效应降低5%左右。

（4）改善能源使用效率

要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活，到处都在大量使用能源，其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此，对于提升能源使用效率方面，仍然具有大幅改善余地，这对2050年为止的地球温暖化，预计可以达到8%左右的抑制效果。

（5）对石化燃料的生产与消费，依比例课税

任何化石燃料一经燃烧，就会排放出二氧化碳来。惟其排放量会因化石燃料种类而有不同。由于天然瓦斯的主要成分为甲烷，故其二氧化碳排放量要比煤炭、石油为低。同样是要产生一千卡的热量，煤炭必须排放相当于0.098公克碳量的二氧化碳；这在石油则为0.085公克；若是换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、煤炭的顺序予以加重课税。如此一来，或许可以促使生产厂商及消费者在使用能源时有所警惕，避免作出无谓的浪费。而其税金收入，则可用於森林保护和替代能源的开发方面。

（6）鼓励使用天然气作为当前的主要能源

因为天然较少排放二氧化碳。日本都市也都普遍改用天然气取代液化瓦斯，此案则是希望更进一步推广这种运动。

（7）汽车的排气限制

由于汽车的排气中，含有大量的氮氧化物与一氧化碳，因此希望减少其排放，这可以对到2050年为止的温暖化，分担2%左右的抑制效果。

（8）鼓励使用太阳能，开发使用替代能源

利用生物能源、太阳能等作为能源。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少，因此对于降低温室效应具备直接效果。

（9）设法挖掘海洋吸收碳的潜力

作为地球上最大的碳吸收剂载体，海洋大约吸收了人类碳排放量的三分之一，减少了大气中的含量，延缓了气候变化。其能力很大，潜力也很大。

温室效应是地球大气层的一个重要功能，它就像是具有“保温”作用的“棉被”或温室大棚，可保护地球，使之保持温暖。如果地球没有大气层或温室效应地球表面的平均温度是摄氏-18度，而非现在的摄氏15度。

温室大棚

大气层和温室效应的另一个功能是可以稳定地球表面的温度，使我们能居住在一个相对稳定的温度环境里。如果没有大气层或温室效应，昼夜的温差会很大。例如，月球表面由于没有大气层，白天在阳光垂直照射的地方温度高达127摄氏度，而夜晚温度则可降到零下183摄氏度。

而地球的情况则完全不同：白天，太阳光照射到地球上，大约一半的太阳辐射会被地球表面吸收并使之增温，其它则被反射回宇宙。夜晚，地球表面则以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的热量，其中也有一部分会被大气层吸收，使气温不至于降得过低。

温室效应示意图(资料来源：IPCC)

前坡面夜间用保温被覆盖，东、西、北三面为围护墙体的单坡面塑料温室，统称为日光温室。其雏型是单坡面玻璃温室，前坡面透光覆盖材料用塑料膜代替玻璃即演化为早期的日光温室。

日光温室的特点是保温好、投资低、节约能源，非常适合我国经济欠发达农村使用。那在建设日光温室需要注意些什么呢？

一、温室大棚的选址

日光温室大棚选址非常重要，选址时应尽量选在平坦地块，地下水位不要太高，避开挡光的高山和建筑，对种植和养殖业用户来说，有污染的地方也不能建棚。另外有强烈季风的地区要考虑所选温室大棚的抗风能力。一般温室大棚的抗风能力应在8级以上。

二、温室朝向

对日光温室来讲，温室的朝向对温室内的蓄热能力影响很大，现在我国大多数地区选择正南方向，这里所说的正南也就是所在位置的子午线方向。根据经验北方地区的温室朝向偏西一些为好。偏西角度在5～10度为宜。这样便于温室更多的积蓄热量。如果建造多栋温室，温室间的间距不应低于一栋温室的宽度。搞种植的大棚建议选择南北走向，即大棚的棚头分别在南北两侧，这种朝向能使大棚内的作物分配到均匀的光照。

三、温室大棚的砌筑安装

（1）日光温室的砌筑要因地制宜，温室的墙体材料选择要具有良好的保温性和蓄热能力。这里强调的是，温室内墙一定要有蓄热功能，以便储存热量。夜间，这些热量会释放出来保持棚内的温度平衡。砖墙、水泥抹灰墙、新型复合墙体、土墙都具有蓄热能力。温室的墙体一般采用砖混结构较好。

（2）温室基础设计是根据地质结构和当地气候条件决定的，寒冷地区、土质酥松的地区基础相对深一些，以超越冻层为宜，地梁上面砌筑墙体，墙体要有保温夹层，保温夹层填充苯板、珍珠岩、炉灰等保温材料。墙体超过60延长米的建议留伸缩缝，温室的后墙要根据温室的使用性质，留有通气窗，供冬季通风使用。温室墙体砌筑封顶前要下拱架预埋件，供拱架安装时使用。温室墙体高度根据温室跨度而定，一般10米跨温室后墙高度3.2米为宜。

（3）山墙一侧留门，需要工作间的温室在温室的一端搭建工作间，工作间不要过高以免遮光。温室前底角应砌筑20公分的墙裙并留预埋件，裙墙的作用主要是挡风、防水和固定拱架。墙裙拱架预埋件应与后墙拱架预埋件相对应。裙墙同样需要设置压膜线勾环，一般可以设在裙墙外侧面。与后墙压膜线勾环相对应。在拱架安装完毕后裙墙和后墙应抹灰，把焊口抹在里面。抹灰时要向外侧抹出斜面以便排水。

这种日光温室是在原来半拱圆形大棚的基础上，通过改变保温方式改造而来的，发明者称其为"穹顶集成温室"。

其基本结构是：东西设置，外形为标准的半圆形；跨度6.6米，屋顶高3.3米；支架间距为1.2米，支架为半圆槽式，保温窗每个为1.2×4.6米；温室长度一般为64米。

后坡和保温窗均采用聚苯乙烯泡沫板作保温材料，其保温效果约为相同厚度混凝土的40倍，土坯墙的20倍，芦苇的4倍，稻草的2.7倍；后坡固定保温墙为10厘米厚的聚苯乙烯泡沫板，活动保温窗采用5厘米厚的聚苯乙烯泡沫板。

1 、采光集热好

"穹顶集成温室"为标准半圆形，接地处与地面基本垂直，入射角度合理，比传统日光温室采光效率提高3％以上；传统日光温室每天人工收放草苫需80分钟，而"穹顶集成温室"每天开闭保温窗所需时间不足20分钟，采光时间净增l小时以上。冬季日光照射到温室北面白色泡沫板弧墙，聚光后向南反射，增加了光照强度，解决了温室内南北光差及方向性的问题。

由于采光采热效果好，冬季晴天时，室内每l0分钟可提高l℃，最高可升至36℃-38℃。

2 、保温效果好

"穹顶集成温室"以聚苯乙烯泡沫板为保温材料，北面固定保温板厚l0cm，南面的活动保温窗5cm厚，而且"穹顶集成温室"泡沫板在棚膜内，保温性能不受风雪影响，而草苫等在冬季风雪影响下，保温效果更差。

"穹顶集成温室"保温窗操作方便，可根据日照、温差的变化随时调整保温窗的位置，以达最佳采热、保温效果，也可依照电脑程序调整。

3 、提高土地利用率

传统日光温室最高点在顶部1/4处，再加草苫高度，投影较长，棚间距较大；而"穹顶集成温室"最高点在正中央，北边投影缩短23.4％，可节省棚间占地14.3％。

4 、抗风雪

另一方面，因"穹顶集成温室"为半圆型结构，而且外部没有草苫覆盖，冬季积雪量少，容易清除，彻底解决了传统日光温室容易积雪而且难以清除的弊端。前屋面保温窗重量轻，操作方便，劳动强度低。

半圆形高效节能日光温室的构件可以进行批量生产，建造简单。目前来看造价相对较高，也还有需要不断完善的方面，但它为日光温室的发展提供了新的思路。

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