氣候變化/全球變暖潛能

全球變暖潛能 (GWP) 是指在特定時間範圍內，一定質量的溫室氣體與相同質量的二氧化碳相比，對全球變暖的貢獻程度的衡量指標。這是一個相對尺度，將所討論的氣體與相同質量的二氧化碳 (其 GWP 按慣例等於 1) 進行比較。GWP 是在特定時間段內計算出來的，因此在引用 GWP 時必須說明時間段的值，否則該值毫無意義。

京都議定書中受限制的物質，要麼是在地球大氣層中迅速增加其濃度，要麼具有較高的 GWP。

GWP 取決於以下因素

• 特定物種對紅外輻射的吸收
• 其吸收波長的光譜位置
• 該物種在大氣中的壽命

因此，較高的 GWP 與較大的紅外吸收和較長的大氣壽命相關。GWP 對吸收波長的依賴關係更為複雜。即使氣體在特定波長處有效地吸收輻射，但這可能不會對其 GWP 產生太大影響，如果大氣層已經吸收了該波長處的大部分輻射。氣體在“視窗”波長範圍內產生最大影響，在該範圍內大氣層相當透明。GWP 作為波長函式的依賴性已透過經驗確定並以圖表形式釋出。

由於溫室氣體的 GWP 直接取決於其紅外光譜，因此使用紅外光譜研究溫室氣體在努力理解人類活動對全球氣候變化的影響方面至關重要。

計算全球變暖潛能

正如輻射強迫提供了一種簡化的方法來比較據信會影響氣候系統的各種因素，全球變暖潛能 (GWP) 是一種基於輻射特性的簡化指數，可以用來估計不同氣體排放對氣候系統未來潛在影響的相對程度。GWP 基於許多因素，包括每種氣體相對於二氧化碳的輻射效率 (紅外吸收能力)，以及每種氣體相對於二氧化碳的衰減率 (在一定年限內從大氣中去除的量) [1].

輻射強迫能力 (RF) 是溫室氣體吸收的能量量，單位為每單位面積、每單位時間，否則這些能量將損失到太空。它可以用以下公式表示

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

其中下標i 代表 10 個倒數釐米的間隔。Abs_i 代表樣品在該間隔內的紅外積分吸收率，F_i 代表該間隔內的 RF。

政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 提供了普遍接受的 GWP 值，這些值在 1996 年和 2001 年之間略有變化。GWP 計算方法的確切定義可以在 IPCC 的2001 年第三次評估報告中找到。GWP 定義為 1 千克示蹤物質瞬時釋放產生的時間積分輻射強迫與 1 千克參考氣體產生的時間積分輻射強迫之比

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

其中 TH 是計算考慮的時間範圍；a_x 是由於大氣中物質丰度增加一個單位而引起的輻射效率（即，Wm^-2 kg^-1），[x(t)] 是物質在時間 t=0 時瞬時釋放后豐度隨時間衰減的時間依賴性。分母包含參考氣體（即 CO₂）的相應量。輻射效率 a_x 和 a_r 在時間上不一定是恆定的。雖然許多溫室氣體對紅外輻射的吸收與其丰度呈線性關係，但一些重要的溫室氣體在當前和可能出現的未來丰度範圍內表現出非線性行為（例如，CO₂、CH₄ 和 N₂O）。對於這些氣體，相對輻射強迫將取決於丰度，因此取決於採用的未來情景。

由於所有 GWP 計算都是與非線性的 CO₂ 進行比較，因此所有 GWP 值都會受到影響。如果像上面那樣假設其他情況，那麼其他氣體的 GWP 將比更詳細的方法得出的 GWP 低。

在京都議定書中的使用

根據京都議定書，締約方大會決定 (決定 2/CP.3) [2] 在計算總體來源和匯時，應使用為 IPCC 第二次評估報告計算的 GWP 值來將各種溫室氣體排放轉換為可比較的 CO₂ 當量。

時間範圍的重要性

請注意，物質的 GWP 取決於計算潛能的時間範圍。一種從大氣中迅速去除的氣體最初可能具有很大影響，但在更長的時間範圍內，隨著其被去除，它變得不那麼重要。因此，甲烷在 100 年內的潛能為 25，但在 20 年內的潛能為 72；相反，六氟化硫在 100 年內的 GWP 為 22,800，但在 20 年內的 GWP 為 16,300 (IPCC TAR)。GWP 值取決於氣體濃度在大氣中隨時間衰減的方式。這通常不是精確已知的，因此這些值不應被認為是準確的。因此，在引用 GWP 時，重要的是要提供對計算的參考。

混合氣體的 GWP 不能透過任何形式的簡單線性加法從組成氣體的 GWP 中確定。

通常，監管機構使用 100 年的時間範圍（例如，加利福尼亞州空氣資源委員會）。

數值

二氧化碳的 GWP 恰好為 1（因為它是在所有其他溫室氣體與之比較的基準單位）。

GWP 值和壽命來自 2007 年 IPCC 第四次評估報告第 212 頁[3] (括號內為 2001 年 IPCC 第三次數評估報告[4])	壽命 (年)	GWP 時間範圍
		20 年	100 年	500 年
甲烷	12         (12)	72         (62)	25         (23)	7.6       (7)
氧化亞氮	114       (114)	289       (275)	298       (296)	153       (156)
HFC-23 (氫氟烴)	270       (260)	12,000   (9400)	14,800   (12000)	12,200   (10000)
HFC-134a (氫氟烴)	14         (13.8)	3830     (3300)	1430     (1300)	435       (400)
六氟化硫	3200     (3200)	16,300   (15100)	22,800   (22200)	32,600   (32400)

雖然水蒸氣在吸收紅外輻射方面有重大影響（即溫室效應；參見溫室氣體），但其全球變暖潛勢並未計算。其在大氣中的濃度主要取決於氣溫。無法直接影響大氣水蒸氣濃度。