如何科学理解温室效应？

太阳是地球气候的根本能源，它在电磁波谱波长很短的谱区——主要是可见光区或近可见光区（如紫外谱区）——发射能量。到达地球大气顶层的太阳能量中，大约三分之一被直接反射回太空。其余三分之二被地球表面以及大气（所占份额很小）所吸收。

为了平衡所吸收的入射能量，平均而言，地球必须也向太空发射同样数量的能量。地球的温度比太阳要低得多，因此，地球是在电磁波谱波长长得多的谱区——主要是红外谱区——发射辐射。陆地和海洋所发射的大部分热辐射被大气圈（包括云，以及二氧化碳等痕量气体）所吸收，并重新将其发射回地球，这种热辐射使其下大气层和地面加热。这称做温室效应。但是仅从热辐射输送过程来理解温室效应还不够，还必须考虑大气温度垂直分布的作用。大气中的水汽和温室气体吸收了地表发射的长波热辐射，并同时以自身的温度向外空发射热辐射。在大气高层，由于温度比地表低得多，这些气体发射的热辐射量比较小。这些高层的温室气体吸收了大量或全部（看作黑体）由地表发射的长波辐射，但其向外发射的长波辐射却相对少得多。

因此这些水汽和温室气体的存在使大气损失于外空的热辐射大大减少。这些温室气体的作用犹如覆盖在地表上的一层棉被，棉被的外表比里表要冷，使地表热辐射不至于无阻挡地射向外空；从而使地表比没有这些温室气体时更为温暖。由上可见，地球上如果没有温度随高度减小的温度垂直分布，就不会有温室效应。温室效应之所以得名是由于上述辐射过程类似于玻璃温室的辐射过程。