溫室氣體臭氧空洞PPT課件

1、 1 溫室氣體與全球氣候變化一、全球氣候變化問題1.溫室效應：l大氣層本身具有的屬性。它是確保地球氣溫總能維持在相對穩(wěn)定范圍的保障，而不會出現其它星球的劇烈冷熱變化第1頁/共68頁2.全球氣候變暖的特征：l 近百年來，全球氣溫呈上升趨勢，平均升溫為0.6l 全球氣溫的變化不呈直進式，而是呈現冷暖交替的波動二、影響氣候變化的大氣成分l 主要指：二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化碳等l 對地球輻射熱量的收支平衡起重要作用 1）CO2:主要來源于以下：l 燃料的使用： 石油、天然氣、煤等化石燃料的使用l 水泥的生產l 不合理的土地利用，改變并破壞植被的自然排放第2頁/共68頁1 溫室氣體與全球氣候

2、變化 全球氣候變化問題 大氣中CO2含量 1750年以前 280ppm 目前 360ppm 預計21世紀中葉 540970ppm 氣溫 20世紀增加了0.60.2oC 海平面 20世紀上升了1020cm第3頁/共68頁全球氣候變化問題近代南北半球及全球平均溫度的變化第4頁/共68頁溫室效應（Greenhouse Effect）機理第5頁/共68頁溫室效應機理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W/m2）流動。大約有49的入射太陽輻射被地表直接吸收，但是溫室氣體效應增加了流向地表的能量。（資料來源：IPCC, 1996a）第6頁/共68頁溫室效應機理溫室具有與大氣類似的

3、對入射太陽輻射和射出熱輻射的作用第7頁/共68頁人類活動的影響 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 268pptv 110p ptv 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

4、50000 a ppmv每百萬體積中的份額； ppbv 每十億體積中的份額； pptv每萬億體積中的份額。 b 初始質量以指數形式衰減到其初始值的1/e0.368所需的時間。 c 對于CO2，不能確定其唯一的大氣壽命。因為不同的匯，其吸收速率不同。 資料來源：IPCC ，1996。 1850年以來大氣中溫室氣體濃度的增加 第8頁/共68頁人類活動的影響大氣中CO2、CH4、N2O和CFCs的濃度變化趨勢。在過去的一個世紀里， 人類活動導致所有溫室氣體的濃度迅速增加。（資料來源：IPCC,1990）第9頁/共68頁人類活動的影響第10頁/共68頁人類活動的影響溫室氣體年排放量/Mta-1全世界美

5、國二氧化碳（CO2）298005300甲烷（CH4）37531一氧化二氮（N2O）5.70.5CFC-11, -12, -1130.70.1HCFC-220.20.1HFCs, PFCs, SF6NA0.034主要溫室氣體的年排放量 第11頁/共68頁人類活動的影響第12頁/共68頁人類活動的影響1997年10個CO2排放量最大的國家的總年排放量（a）和各國人均年排放量（b）（資料來源：Marland et al., 1999）第13頁/共68頁人類活動的影響以單位GDP（$）的總能量消耗表示的各國的能源強度。所有數據均為1998年的，GDP以1990的US$表示。（資料來源：USDOE, 2

6、000） 第14頁/共68頁人類活動的影響某些國家初級能量供應的碳強度。表明了過去幾十年，單位能量的碳排放下降速率。（資料來源：PCAST，1997） 第15頁/共68頁人類活動的影響 CO2 emission by energy type in China, 199604008001200160020002400CoalCoke Oil, etc.N.Gas, etc.Mt-CO2Thermal power & heatOther energy industryIndustrResidentialCommerce, service, etc.Transport&communi

7、Agriculture, etc.Construction74.9%8.3%13.1%3.6%第16頁/共68頁氣候變化的影響 雪蓋和冰川面積減少 雪蓋 20世紀60年代以來 減少10 冰川 20世紀50年代以來 減少10%15 海平面上升 過去100年 1020cm 19902100 89cm第17頁/共68頁氣候變化的影響 降水格局變化 中高緯降雨量增大 北半球亞熱帶降雨量下降，南半球增加 氣候災害 過多降水、大范圍干旱、持續(xù)高溫 影響人體健康 影響農業(yè)生產和生態(tài)系統(tǒng)第18頁/共68頁氣候變化的影響與1982-1983年厄爾尼諾時間相關的旱澇分布區(qū)第19頁/共68頁影響氣候變化的大氣成分第

8、20頁/共68頁CO2地球上的碳庫：生物圈，海洋和大氣，以及各碳庫之間的二氧化碳年交換（Gt）第21頁/共68頁CO2第22頁/共68頁CH4第23頁/共68頁氣溶膠第24頁/共68頁各成分的貢獻1980到1990年期間人為源排放的溫室氣體對大氣中波長812m光線的透射率的影響。對流層臭氧可能也起到一定的作用，但程度難以確定。第25頁/共68頁各成分的貢獻 預計到2030年全球氣溫大約平均升高3C第26頁/共68頁第27頁/共68頁應對措施與策略 1. 控制溫室氣體的排放 改變能源結構 提高能源轉換效率 提高能源使用效率 減少森林植被的破壞 控制水田和垃圾填埋場的甲烷排放第28頁/共68頁應對

9、措施與策略 不同燃料燃燒單位GJ的CO2排放量不同燃料燃燒單位GJ的CO2排放量9574645700102030405060708090100煤油液化氣天然氣生物質CO2排放量/(kg/GJ)第29頁/共68頁應對措施與策略 2. 增加溫室氣體的吸收 植樹造林 采用固碳技術 CO2分離、回收，注入深?；虻叵?化學、物理、生物方法固定 適應氣候變化 培養(yǎng)新農作物品種，調整產業(yè)結構等第30頁/共68頁國際行動 1992年，聯合國環(huán)境與發(fā)展大會氣候變化框架公約 20世紀90年代末，發(fā)達國家溫室氣體年排放量控制在1990年水平 1997年，京都議定書 明確各發(fā)達國家削減溫室氣體排放的比例第31頁/共6

10、8頁國際行動 國家 20082012 年的排放限值a 保加利亞，捷克，愛沙尼亞，歐盟（15 個國家） ，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 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 相對于 CO2、CH4和 N2O 的 1990 年的排放量，和相對于 PFCs、HFCs 和 SF6的 1995 年的排放量。 京都議定書規(guī)定的溫室氣體排放限值第32頁/共68頁2臭氧層破壞問題 臭氧層主要特征 離地面2030km的平流層中 占當地空氣

11、含量的1/105 厚度單位 DU（Dobson unit） 273K，1atm下，10-3cm厚的O3層稱為一個DU 1DU10-3 atm cm2.691016molecules第33頁/共68頁 2臭氧層破壞問題1.臭氧層變化與臭氧洞臭氧層的作用：平流層中的臭氧：吸收紫外線 對流層中的臭氧：為溫室氣體l臭氧洞： - 出現時間每年9月11月 表現： 臭氧層出現濃度減少區(qū)域，對紫外線的抵擋功能削弱； 發(fā)生地區(qū)： 1984 南極上空首次1989 北極上空 首次其它地區(qū)也有類似情況出現第34頁/共68頁二、臭氧層破壞的原因人類過多使用氟氯烴（CFCSCFCS）影響臭氧層物質的來源 化化 學學 物物

12、 質質 來來 源源 CFC-11, CFC-12 用于火箭的燃料氣溶膠、制冷劑、發(fā)泡劑及溶劑 CFC-22 制冷劑 CFC-113 溶劑 甲基氯仿 溶劑 四氯化碳 生產CFC 及糧食熏煙處理 哈龍 1301, 哈龍 1211 滅火器 氧化氮 工業(yè)活動副產品 二氧化碳 化石燃料燃燒副產品 甲烷 農業(yè)產品及采礦活動的副產品 第35頁/共68頁影響臭氧濃度的物理化學過程第36頁/共68頁臭氧層的分布大氣的兩個最低層，對流層和平流層的溫度曲線。大部分大氣質量都集中在對流層，但是臭氧卻主要集中在平流層 第37頁/共68頁臭氧層的分布大氣中臭氧濃度分布（單位1012個分子/cm3）第38頁/共68頁臭氧層

13、的作用大氣對紫外線輻射的吸收 第39頁/共68頁臭氧層的作用第40頁/共68頁臭氧層破壞現象19551995每年十月份南極臭氧濃度（單位：DU）。數據點包括了基于地面和衛(wèi)星的觀測。在這一時期內總臭氧濃度下降了50。（資料來源：NASA, 2000）第41頁/共68頁平流層臭氧形成和破壞機理 純氧理論（Chapman Mechanism） 臭氧吸收紫外線的反應223OOOOOMOMhv32322OOOOOOOhv第42頁/共68頁平流層臭氧形成和破壞機理 催化清除理論 20世紀70年代建立 活性催化物質的鏈式反應 Y活性物種，包括奇氫HOx、奇氮NOx、奇鹵XOx三大家族32232YOYOOYO

14、OYOOO2O總反應： 第43頁/共68頁三大家族的來源 奇氫HOx 大氣中H2O與激活O原子反應 奇氮NOx 宇宙射線分解N2 飛機等人類活動排放 奇鹵XOx 人類活動產生的CFCs和含溴氟烷（哈龍，Halons)第44頁/共68頁消耗臭氧層的物質（ODS） ODSs CFCs、哈龍 CCl4、甲基氯仿（1,1,1三氯乙烷）、溴甲烷 部分取代的氯氟烴 ODSs的破壞能力 臭氧耗減潛能（Ozone depletion potential） 全球變暖潛勢（Global warming potential)第45頁/共68頁ODSs的破壞能力第46頁/共68頁CFCs對臭氧層的破壞作用 一個Cl自

15、由基可以消耗數十萬個O3第47頁/共68頁大氣中CFCs分子的變化圖 第48頁/共68頁 化化學學名名字字 化化學學式式 主主要要用用途途和和來來源源 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 CCl2F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 CCl4 CH3CCl3 CBrF2Cl CBrF3 C2Br2F4 CHF2Cl C2H3FCl2

16、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 42 4.9 20 65 20 12.1 9.4 18.4 第49頁/共68頁南極臭氧空洞南極上空臭氧濃度垂直分布的變化第50頁/共68頁南極臭

17、氧空洞 極地平流層云在南極臭氧空洞的形成過程中起重要作用 吸附并聚集CFCs及哈龍 非均相反應場所 為什么北極沒有形成臭氧空洞？ 北極為海洋環(huán)境，較南極大陸環(huán)境溫暖 周圍分布不規(guī)則大陸，大氣層較南極不穩(wěn)定 不易形成極地平流層云第51頁/共68頁臭氧層破壞的危害 臭氧含量減少1，地面紫外線增加23 危害 人體健康損壞人體的免疫系統(tǒng)，使呼吸道疾病增加 可破壞蛋白質與DNA結構，引發(fā)皮膚癌 可使眼睛受損，白內障發(fā)病率增高 陸生生態(tài)系統(tǒng)植物質量下降 水生生態(tài)系統(tǒng)水面附近生物減少 城市空氣和建筑材料光化學煙霧，材料老化 大氣結構輻射收支變化，氣候變化第52頁/共68頁臭氧層破壞的控制策略 開發(fā)消耗臭氧層

18、物質的替代技術 無氟氯昂制冷設備 制定淘汰消耗臭氧層物質的措施 環(huán)境管理手段 經濟手段 國際行動 1985年， 28個國家 維也納公約 1987年， 46個國家 關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾公約第53頁/共68頁2000年 之 前 需 停 止 生 產 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 消耗臭氧物質的排放削減第54頁/共68頁消耗臭氧物質的排放削減第55頁/共68頁臭氧層的恢復第56頁/共68頁3致酸前體物與酸雨1.酸雨的界定：指PH值5.6