12 大氣污染與全球氣候

1、1. 溫室氣體與全球氣候變化溫室氣體與全球氣候變化 2.臭氧層破壞問(wèn)題臭氧層破壞問(wèn)題 3.致酸前體物與酸雨致酸前體物與酸雨 全球氣候變化問(wèn)題全球氣候變化問(wèn)題 v大氣中CO2含量 v氣溫 v海平面 近代南北半球及全球平均溫度的變化近代南北半球及全球平均溫度的變化 反 射 太 陽(yáng) 輻 射：107W/m2 云、氣溶膠和 大氣反射 入 射 太 陽(yáng) 輻 射：342W/m2 大氣放射 出射長(zhǎng) 波輻射： 107W/m2 大氣吸收 溫室氣體 大氣窗口 地表 輻射 地表吸收 地表反射 反輻射 地表吸收 暖氣流 蒸發(fā)蒸騰作用 潛熱 全球能量平衡示意圖。圖中給出了基于地球表面區(qū)域的平均能量（單位全球能量平衡示意圖。

2、圖中給出了基于地球表面區(qū)域的平均能量（單位W/m2）流動(dòng)。大）流動(dòng)。大 約有約有49的入射太陽(yáng)輻射被地表直接吸收，但是溫室氣體效應(yīng)增加了流向地表的能量。的入射太陽(yáng)輻射被地表直接吸收，但是溫室氣體效應(yīng)增加了流向地表的能量。 （資料來(lái)源：（資料來(lái)源：IPCC, 1996a） 溫室具有與大氣類(lèi)似的對(duì)入射太陽(yáng)輻射和射出熱輻射的作用溫室具有與大氣類(lèi)似的對(duì)入射太陽(yáng)輻射和射出熱輻射的作用 CO2 CH4 N2O CFC-11 HCFC-22 CF4 工業(yè)化前 的濃度 280ppmv 700ppbv 275ppbv 0 0 0 1994年的 濃度 358ppmv 1720ppbv 312ppbv 268ppt

3、v 110pptv 72pptv 最近的濃 度變化率 1.5ppmv/a (0.4%/a) 10ppbv/a( 0.6%/a) 0.8ppbv/a( 0.25%/a) 0ppvb/a(0 %/a) 5pptv/a(0 %/a) 1.2pptv/a( 2%/a) 大氣壽命 中的（年） b 50 200c 12 120 50 12 50000 a ppmv 每百萬(wàn)體積中的份額； ppbv每十億體積中的份額； pptv每萬(wàn)億體積中的份 額。 b 初始質(zhì)量以指數(shù)形式衰減到其初始值的1/e0.368所需的時(shí)間。 c 對(duì)于CO2，不能確定其唯一的大氣壽命。因?yàn)椴煌膮R，其吸收速率不同。 資料來(lái)源：IPCC

4、，1996 。 1850年以來(lái)大氣中溫室氣體濃度的增加 大氣中CO2、CH4、N2O和CFCs的濃度變化趨勢(shì)。在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里， 人 類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致所有溫室氣體的濃度迅速增加。（資料來(lái)源：IPCC,1990） 溫室氣體溫室氣體 年排放量年排放量/Mta-1 全世界全世界美國(guó)美國(guó) 二氧化碳（二氧化碳（CO2） 298005300 甲烷（甲烷（CH4） 37531 一氧化二氮（一氧化二氮（N2O） 5.70.5 CFC-11, -12, -1130.70.1 HCFC-220.20.1 HFCs, PFCs, SF6 NA0.034 主要溫室氣體的年排放量主要溫室氣體的年排放量 CO2年排放量（Mt

5、C/年） （a） 美國(guó) 中國(guó) 俄羅斯 日本 印度 德國(guó) 英國(guó) 加拿大 意大利 韓國(guó) 1997年年10個(gè)個(gè)CO2排放量最大的國(guó)家的總年排放量（排放量最大的國(guó)家的總年排放量（a）和各國(guó)人均年）和各國(guó)人均年 排放量（排放量（b）（資料來(lái)源：）（資料來(lái)源：Marland et al., 1999） 以單位以單位GDP（$）的總能量消耗表示的各國(guó)的能源強(qiáng)度。所有數(shù)據(jù)均為）的總能量消耗表示的各國(guó)的能源強(qiáng)度。所有數(shù)據(jù)均為 1998年的，年的，GDP以以1990的的US$表示。（資料來(lái)源：表示。（資料來(lái)源：USDOE, 2000） 某些國(guó)家初級(jí)能量供應(yīng)的碳強(qiáng)度。表明了過(guò)去幾十年，單位能量某些國(guó)家初級(jí)能量供應(yīng)的

6、碳強(qiáng)度。表明了過(guò)去幾十年，單位能量 的碳排放下降速率。（資料來(lái)源：的碳排放下降速率。（資料來(lái)源：PCAST，1997） CO2 emission by energy type in China, 1996 0 400 800 1200 1600 2000 2400 CoalCoke Oil, etc.N.Gas, etc. Mt-CO2 Thermal power & heatOther energy industryIndustr ResidentialCommerce, service, etc.Transport&communi Agriculture, etc.Construction

7、 74.9% 8.3% 13.1% 3.6% 雪蓋和冰川面積減少雪蓋和冰川面積減少 v雪蓋 20世紀(jì)60年代以來(lái) 減少10 v冰川 20世紀(jì)50年代以來(lái) 減少10%15 海平面上升海平面上升 v過(guò)去100年 1020cm v19902100 89cm 降水格局變化降水格局變化 v中高緯降雨量增大 v北半球亞熱帶降雨量下降，南半球增加 氣候?yàn)?zāi)害氣候?yàn)?zāi)害 v過(guò)多降水、大范圍干旱、持續(xù)高溫 影響人體健康影響人體健康 影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng) 與與1982-1983年厄爾尼諾時(shí)間相關(guān)的旱澇分布區(qū)年厄爾尼諾時(shí)間相關(guān)的旱澇分布區(qū) 地球上的碳庫(kù)：生物圈，海洋和大氣，以及各碳庫(kù)之間地球上的

8、碳庫(kù)：生物圈，海洋和大氣，以及各碳庫(kù)之間 的二氧化碳年交換（的二氧化碳年交換（Gt） 1980到到1990年期間人為源排放的溫室氣體對(duì)大氣中波長(zhǎng)年期間人為源排放的溫室氣體對(duì)大氣中波長(zhǎng)812m 光線(xiàn)的透射率的影響。對(duì)流層臭氧可能也起到一定的作用，但程光線(xiàn)的透射率的影響。對(duì)流層臭氧可能也起到一定的作用，但程 度難以確定。度難以確定。 預(yù)計(jì)到預(yù)計(jì)到2030年全球氣溫大約平均升高年全球氣溫大約平均升高3 C 1. 控制溫室氣體的排放控制溫室氣體的排放 v改變能源結(jié)構(gòu) v提高能源轉(zhuǎn)換效率 v提高能源使用效率 v減少森林植被的破壞 v控制水田和垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放 不同燃料燃燒單位不同燃料燃燒單位GJ的的

9、CO2排放量排放量 不同燃料燃燒單位GJ的CO 2排放量 95 74 64 57 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 煤油液化氣天然氣生物質(zhì) CO2排放量/(kg/GJ) 2. 增加溫室氣體的吸收增加溫室氣體的吸收 v植樹(shù)造林 v采用固碳技術(shù) v適應(yīng)氣候變化 1992年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)氣候變化框氣候變化框 架公約架公約 v20世紀(jì)90年代末，發(fā)達(dá)國(guó)家溫室氣體年排放量控 制在1990年水平 1997年，年，京都議定書(shū)京都議定書(shū) v明確各發(fā)達(dá)國(guó)家削減溫室氣體排放的比例 國(guó)家 20082012 年的排放限值 a 保加利亞，捷克，愛(ài)沙尼亞

10、，歐盟（15 個(gè)國(guó) 家） ，拉脫維亞，列支敦士登，摩納哥，羅馬 尼亞，斯洛伐克，斯洛文尼亞，瑞士 削減 8 美國(guó) 削減 7 加拿大，匈牙利，日本，波蘭 削減 6% 克羅地亞 削減 5 新西蘭，俄羅斯，烏克蘭 不變 挪威 增加 1 澳大利亞 增加 8% 冰島 增加 10 a 相對(duì)于 CO 2、CH4和 N2O 的 1990 年的排放量，和相對(duì)于 PFCs、HFCs 和 SF6的 1995 年 的排放量。 京都議定書(shū)京都議定書(shū)規(guī)定的溫室氣體排放限值規(guī)定的溫室氣體排放限值 臭氧層主要特征臭氧層主要特征 v離地面2030km的平流層中 v占當(dāng)?shù)乜諝夂康?/105 v厚度單位 大氣的兩個(gè)最低層，對(duì)流層

11、和平流層的溫度曲線(xiàn)。大部分大大氣的兩個(gè)最低層，對(duì)流層和平流層的溫度曲線(xiàn)。大部分大 氣質(zhì)量都集中在對(duì)流層，但是臭氧卻主要集中在平流層氣質(zhì)量都集中在對(duì)流層，但是臭氧卻主要集中在平流層 大氣中臭氧濃度分布（單位1012個(gè)分子/cm3） 大氣對(duì)紫外線(xiàn)輻射的吸收大氣對(duì)紫外線(xiàn)輻射的吸收 19551995每年十月份南極臭氧濃度（單位：每年十月份南極臭氧濃度（單位：DU）。數(shù)據(jù)點(diǎn)包括）。數(shù)據(jù)點(diǎn)包括 了基于地面和衛(wèi)星的觀測(cè)。在這一時(shí)期內(nèi)總臭氧濃度下降了了基于地面和衛(wèi)星的觀測(cè)。在這一時(shí)期內(nèi)總臭氧濃度下降了50。 （資料來(lái)源：（資料來(lái)源：NASA, 2000） 純氧理論（純氧理論（Chapman Mechanism

12、） 臭氧吸收紫外線(xiàn)的反應(yīng)臭氧吸收紫外線(xiàn)的反應(yīng) 2 23 OOO OOMOM hv 32 322 OOO OOOO hv 催化清除理論催化清除理論 v20世紀(jì)70年代建立 v活性催化物質(zhì)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng) vY活性物種，包括奇氫HOx、奇氮NOx、奇鹵 XOx三大家族 32 2 32 YOYOO YOOYO OO2O 總反應(yīng)： 奇氫奇氫HOx v大氣中H2O與激活O原子反應(yīng) 奇氮奇氮NOx v宇宙射線(xiàn)分解N2 v飛機(jī)等人類(lèi)活動(dòng)排放 奇鹵奇鹵XOx v人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的CFCs和含溴氟烷（哈龍，Halons) ODSs vCFCs、哈龍 vCCl4、甲基氯仿（1,1,1三氯乙烷）、溴甲烷 v部分取代的氯氟烴

13、ODSs的破壞能力的破壞能力 v臭氧耗減潛能（Ozone depletion potential） v全球變暖潛勢(shì)（Global warming potential) 一個(gè)一個(gè)Cl自由基可以消耗數(shù)十萬(wàn)個(gè)自由基可以消耗數(shù)十萬(wàn)個(gè)O3 化化學(xué)學(xué)名名字字 化化學(xué)學(xué)式式 主主要要用用途途和和來(lái)來(lái)源源 1992年年大大氣氣中中 濃濃度度/ppt 大大氣氣中中壽壽命命， /a CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 四四氯氯化化碳碳 甲甲基基氯氯仿仿 Halon-1211 Halon-1301 Halon-2402 HCFC-22 HCFC-141b HCFC-142b CCl3F CC

14、l2F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 CCl4 CH3CCl3 CBrF2Cl CBrF3 C2Br2F4 CHF2Cl C2H3FCl2 C2H3F2Cl 氣氣溶溶膠膠噴噴射射劑劑；發(fā)發(fā)泡泡劑劑 氣氣溶溶膠膠噴噴射射劑劑；制制冷冷劑劑；發(fā)發(fā)泡泡 劑劑 溶溶劑劑 氣氣溶溶膠膠噴噴射射劑劑；制制冷冷劑劑 溶溶劑劑 溶溶劑劑 阻阻燃燃劑劑 阻阻燃燃劑劑 阻阻燃燃劑劑 氣氣溶溶膠膠噴噴射射劑劑；制制冷冷劑劑； 發(fā)發(fā)泡泡劑劑；溶溶劑劑；阻阻燃燃劑劑 發(fā)發(fā)泡泡劑劑；溶溶劑劑 發(fā)發(fā)泡泡劑劑；溶溶劑劑 268 503 82 20 132 135 7 3 0.7 100 2 6 50 102 85 300

15、 42 4.9 20 65 20 12.1 9.4 18.4 南極上空臭氧濃度垂直分布的變化南極上空臭氧濃度垂直分布的變化 極地平流層云在南極臭氧空洞的形成過(guò)程中起極地平流層云在南極臭氧空洞的形成過(guò)程中起 重要作用重要作用 v吸附并聚集CFCs及哈龍 v非均相反應(yīng)場(chǎng)所 為什么北極沒(méi)有形成臭氧空洞？為什么北極沒(méi)有形成臭氧空洞？ v北極為海洋環(huán)境，較南極大陸環(huán)境溫暖 v周?chē)植疾灰?guī)則大陸，大氣層較南極不穩(wěn)定 v不易形成極地平流層云 臭氧含量減少臭氧含量減少1，地面紫外線(xiàn)增加，地面紫外線(xiàn)增加23 危害危害 v人體健康皮膚癌、白內(nèi)障 v陸生生態(tài)系統(tǒng)植物質(zhì)量下降 v水生生態(tài)系統(tǒng)水面附近生物減少 v城市空

16、氣和建筑材料光化學(xué)煙霧，材料老化 v大氣結(jié)構(gòu)輻射收支變化，氣候變化 開(kāi)發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)的替代技術(shù)開(kāi)發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)的替代技術(shù) v無(wú)氟氯昂制冷設(shè)備 制定淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的措施制定淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的措施 v環(huán)境管理手段 經(jīng)濟(jì)手段 國(guó)際行動(dòng)國(guó)際行動(dòng) v1985年， 28個(gè)國(guó)家 維也納公約 v1987年， 46個(gè)國(guó)家 關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙 特利爾公約 2000年 之 前 需 停 止 生 產(chǎn) 的 氣 體 2030年 必 須 淘 汰 的 氣 體 CFC-11 HCFC-22 CFC-12 HCFC-123 CFC-113 HCFC-124 CFC-114 HCFC-141b CFC-115 HCFC-142b 四 氯 化 碳 HCFC-225ca 三 氯 乙 烷 HCFC-225cb 哈 龍 1211 哈 龍 1301 哈 龍 2402 酸雨酸雨pH小于小于5.6的降水，廣義包括酸性物質(zhì)的的降水，廣義包括酸性物質(zhì)的 干濕沉降干濕沉降 地理分布地理分布 v幾乎整個(gè)歐洲 v美國(guó)和加拿大東部 v東亞，中國(guó)南方地區(qū) 淡水湖泊、河流酸化，水生生物減少甚至絕跡淡水湖泊、河流酸化，水生生物減少甚至絕跡 影響土壤特性，貧瘠化影響土壤特性，貧瘠化 破壞森林的生長(zhǎng)破壞森林的生長(zhǎng) 腐蝕建筑材料及金屬結(jié)構(gòu)腐蝕建筑材料及金屬結(jié)構(gòu) 危害人體健康角膜和呼吸道刺激危害人體健