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温室气体之所以有温室效应，是由于其本身有吸收红外线的能力。温室气体吸收红外的能力是由其本身分子结构所决定的。
在分子中存在着非极性共价键和极性共价键。分子也分为极性分子和非极性分子。分子极性的强弱可以用偶极矩μ来表示。而只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，则拥有偶极矩的分子就是红外活性的；而Δμ=0的分子振动不能产生红外振动吸收的，则是非红外活性的。
也就是说，温室气体是拥有偶极矩的红外活性分子，所以才拥有吸收红外线，保存红外热能的能力。
大气中主要的温室气体是水汽（H2O），水汽所产生的温室效应大约占整体温室效应的60%～70%，其次是二氧化碳大约占了26%，其他的还有臭氧，甲烷，氧化亚氮全氟碳化物（PFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、含氯氟烃（HCFCs）及六氟化硫（SF6）等。
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