谁最先创造了“温室效应”这个词？(2016)

今天我一直在追踪“温室效应”一词的由来。这个术语本身是有问题的，因为它只是一个微弱的比喻：大气和温室都让太阳光透过，然后捕获一些由此产生的热量。但是机制是不同的。温室通过防止热空气外泄来保持温暖。换句话说，它阻挡了对流。大气层通过阻止(某些波长的)红外线辐射逃逸来保持地球温暖。“温室效应”实际上是多层空气共同作用的结果，每一层空气都会吸收下面一层的红外线，然后再向上和向下排放。然后，行星失去热量的速率由最顶层空气的平均温度决定，红外线最终在那里逃逸到太空。所以一点也不像温室。

那么，这种效应是如何获得这个名字的呢？19世纪法国数学家约瑟夫·傅立叶(Joseph Fourier)通常被认为是19世纪20年代温室效应概念的鼻祖。然而，事实证明，他从未使用过这个词，正如詹姆斯·弗莱明(James Fleming，1999)指出的那样，大多数撰写温室效应历史的作者只引用了二手资料，而没有真正阅读傅立叶的任何作品。傅立叶在他1822年的经典著作“热量分析理论”中没有提到温室，但与行星温度无关。这本书是用法语出版的，所以他使用了法语的“les serres”，但它只出现过一次，在一段关于封闭空间中热量属性的文章中。有关段落翻译为：

一般说来，关于封闭空间中空气加热的定理扩展到各种各样的问题。当我们想要精确地预测和调节温度时，这将是有用的，就像在温室、干房、羊圈、作坊或许多民用机构，如医院、营房、集会场所“[傅立叶，1822年；出现在亚历山大·弗里曼翻译的版本的第73页上，1878年出版，剑桥大学出版社]”[傅立叶，1822年；出现在亚历山大·弗里曼翻译的版本的第73页上，1878年出版，剑桥大学出版社]。

在他的其他著作中，傅立叶确实没有假设大气在减缓从地球表面到太空的热量损失速度方面发挥了作用，从而使地面保持比其他情况下更温暖。然而，他从未确定过机制，因为直到19世纪50年代约翰·廷德尔(John Tyndall)的实验才确定了我们现在所说的温室气体的性质。在解释他的假设时，傅立叶指的是“热盒”，这是探险家德·索绪尔(De Saussure)发明的一种测量太阳光强度的装置。热盒的盖子上有几层玻璃，允许太阳光进入，但阻止了热空气通过对流逸出。但这只是一个比喻。傅立叶明白，无论大气中的热量捕获机制是什么，它实际上并没有阻挡对流。

1896年，斯万特·阿雷尼乌斯(Svante Arrhenius)第一个尝试对大气中二氧化碳水平变化的影响进行详细计算，以检验冰河时代是由二氧化碳下降引起的假设。因此，他有时也被认为是发明了这个词的功臣。然而，他在论文中也没有使用术语“温室”，尽管他引用了一个与傅立叶相似的比喻，使用的是瑞典语单词“drivbänk”，翻译过来就是“温床”(更新版：或者可能是“温室”-参见评论)。

所以“温室效应”这个词直到20世纪才被创造出来。我遇到的几篇论文表明，“温室”一词在印刷品中的首次使用是在1909年，在伍德的一篇论文中。不过，这似乎相当令人难以置信，因为这篇论文实际上只是一篇简短的评论，解释了“温室效应”的概念毫无意义，因为一个简单的实验表明，温室并不是通过捕获传出的红外线辐射来发挥作用的。这篇论文显然是对之前发表的关于温室效应的东西做出了反应，而伍德似乎没有太过字面上的理解。

稍微挖掘一下，就可以得出瑞典气象学家尼尔斯·埃克霍尔姆(Nils Ekholm)1901年的一篇论文，他是阿雷尼乌斯的亲密同事，阿雷尼乌斯确实使用了“温室”这个词。乍一看，他似乎在字面上使用了这个词，尽管在随后的几段中，他相当清楚地解释了关键机制：

对于地球表面的温度，大气扮演着一个非常重要的双重角色，其中一个是傅立叶最先指出的，另一个是廷德尔首先指出的。首先，大气可能像温室的玻璃一样，相对容易让太阳光线穿透，吸收从地面发出的大部分暗光，从而可能提高地球表面的平均温度。其次，大气在相对温暖的地面和寒冷的空间之间起到了蓄热的作用，从而在很大程度上减少了年、日和当地的气候变化。

产生这些效果的大气有两种特性。一是大气温度一般随地面或海平面高度的升高而降低，部分原因是热力学理论解释的下降气流的动力加热和上升气流的动力冷却。另一种是，大气通过辐射、接触、对流和传导的方式从地面接收相当一部分的热量，而地球表面主要是通过透明空气从太阳的直接辐射中加热的，大气吸收了但很少的太阳辐射和来自地面的大部分辐射，而地面的大部分热量是通过辐射、接触、对流和传导的方式从地面获得的，而地球表面的热量主要是通过透明空气从太阳的直接辐射中获得的。

由此可见，从地球到太空的辐射不是直接从地面进行的，而是平均从海拔相当高的一层大气层发出的。这一层的高度取决于大气的热质量，并且会随着该质量的不同而变化。空气对地面发出的热射线的吸收能力越大，那一层就会越高，但这一层越高，它的温度相对于地面就越低；而由于从这一层向太空的辐射越低，它的温度就越低，由此推论，地面温度越高，地面温度就越高。“。[Ekholm，1901，第19-20页]。

在这一点上，它仍然不被称为“温室效应”，但这个比喻似乎确实已经成为我们引入这一概念的标准方式。但在1907年，英国科学家约翰·亨利·波因廷(John Henry Poynting)在批评珀西瓦尔·洛厄尔(Percival Lowell)对行星温度的分析时，自信地引入了“温室效应”一词。他在整篇论文的惊险引号中使用了这个词，这表明这个词是新造的：

洛厄尔教授在《哲学杂志》7月号上发表的论文标志着在评估行星温度方面取得了重要进展，因为他比以往任何一位作者都更详细地考虑了行星大气的影响。但他几乎没有注意到“覆盖效应”，或者我更喜欢称之为大气的“温室效应”。[波印亭，1907年，第749页]。

如果我们首先考虑一个水平屋顶的温室，与其离地面的高度相比，其程度如此之大，以至于边缘的影响可能被忽略，那么也许更容易理解大气的“温室效应”。让我们假设它暴露在垂直的太阳下，玻璃下面的地面是“黑色”的或完全吸收的。我们应该忽略温室内空气的传导和对流。[Poynting，1907，P750]。

然后，他继续探索这个理想化温室中的传热数学。不幸的是，他忽略了Ekholm的关键观察结果，即重要的是高层大气的热损失速率，所以他的计算大多是无用的。但他对这种机制的描述似乎确实站稳了脚跟，成为占主导地位的解释。第二年，Frank Very在同一份杂志上发表了回应，在论文标题中使用了“温室理论”一词。他批评波印廷的理想化温室过于简单化，但他建议一个稍微好一点的比喻是一组温室堆放在另一个之上，每个温室都能从下面的温室中收集一点热量：

诚然，洛厄尔教授没有分析和明显地考虑温室效应，但它隐含在他通过昼夜平均法得出的保留热量的推论中。该方法没有具体说明热量是通过辐射还是通过一些更迂回的过程损失的；因此，如果不对这个名称进行稍微宽泛的解释，就不能准确地将大气的保持力标记为“温室效应”。如果允许将这一术语的含义扩大到包括导致相同结果的各种过程，则通过比较昼夜温度来扣除地表热量损失直接与这种更广泛的“温室效应”有关。[非常，1908年，第477页]。

在他们之间，Poynting和Very正在试图确定所谓的“温室效应”是否是一个有用的比喻，以及行星大气的传热机制是如何实际工作的。但在这样做的过程中，他们帮助建立了这个名字。伍德1909年的评论显然是对这场讨论的反应，但他未能理解正在讨论的是什么。这令人毛骨悚然地让人想起任何现代关于温室效应的讨论：每当任何两位科学家讨论温室效应是如何起作用的细节时，你可以肯定，迟早会有人出现，声称通过完全误解来揭穿这个想法。

总而言之，我认为将波因廷归功于“温室效应”一词的发明者是公平的，但要特别提到埃克霍尔姆，因为他之前使用了“温室”这个词，而且他对这种效应的解释要好得多。(除非我漏掉了一些其他的？)。

Arrhenius，S.(1896)。空气中碳酸对地面温度影响的研究。“哲学杂志与科学”，第41期(251年)。北京：14786449608620846-10.1080页。

Ekholm，N.(1901年)。论过去地质历史气候的变化及其成因。“皇家气象学会季刊”，第27期(117期)，第1-62期。Doi：10.1002/qj.49702711702。

J·R·弗莱明(1999)。约瑟夫·傅立叶，“温室效应”，以及对地球温度普适理论的探索。奋进，23(2)，72-75。电话：01210-7(99)10.1016/S01609327。

傅立叶，J.(1822)。Téorie Analytique de la Chaleur(“热分析理论”)。巴黎：Chez Firmin Didot，Pere et Fils。

傅立叶，J.(1827)。关于地球球体和行星际空间的温度。Mémoire de l‘Académie Royale des Sciences，7569-604。(翻译：Ray Pierrehumbert)。

非常，F.W.(1908)。温室理论与行星温度。“哲学杂志”，第16期(93)，第462-480页。

伍德，R.W.(1909)。关于温室理论的注记。哲学杂志，17319-320。从http://scienceblogs.com/stoat/2011/01/07/r-w-wood-note-on-the-theory-of/检索