大氣污染和全球氣候

大氣污染和全球氣候教學(xué)內(nèi)容:§1溫室氣體與全球氣候變化§2臭氧層破壞問題§3致酸前體物與酸雨

第12章大氣污染和全球氣候1．教學(xué)要求要求了解全球氣候和全球污染，理解和掌握全球氣候變化、臭氧層破壞和酸雨污染問題。2、教學(xué)重點本章重點介紹臭氧層破壞問題，致酸前體物與酸雨3、教學(xué)難點臭氧層破壞問題

§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(yīng)：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(xiàn)其它星球的劇烈冷熱變化2.全球氣候變暖的特征：近百年來，全球氣溫呈上升趨勢，平均升溫為0.6℃全球氣溫的變化不呈直進(jìn)式，而是呈現(xiàn)冷暖交替的波動二、影響氣候變化的大氣成分主要指：二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化碳等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：燃料的使用：石油、天然氣、煤等化石燃料的使用水泥的生產(chǎn)不合理的土地利用，改變并破壞植被的自然排放§1溫室氣體與全球氣候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(yù)計21世紀(jì)中葉540～970ppm氣溫20世紀(jì)增加了0.60.2oC海平面20世紀(jì)上升了10～20cm全球氣候變化問題近代南北半球及全球平均溫度的變化溫室效應(yīng)（GreenhouseEffect）機(jī)理溫室效應(yīng)機(jī)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(yīng)增加了流向地表的能量。（資料來源：IPCC,1996a）溫室效應(yīng)機(jī)理溫室具有與大氣類似的對入射太陽輻射和射出熱輻射的作用人類活動的影響

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

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

appmv＝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(zhì)量以指數(shù)形式衰減到其初始值的1/e＝0.368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

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(jì)里，人類活動導(dǎo)致所有溫室氣體的濃度迅速增加。（資料來源：IPCC,1990）人類活動的影響人類活動的影響溫室氣體年排放量/Mt·a-1全世界美國二氧化碳（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人類活動的影響人類活動的影響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：Marlandetal.,1999）人類活動的影響以單位GDP（$）的總能量消耗表示的各國的能源強(qiáng)度。所有數(shù)據(jù)均為1998年的，GDP以1990的US$表示。（資料來源：USDOE,2000）

人類活動的影響某些國家初級能量供應(yīng)的碳強(qiáng)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）

人類活動的影響CO2emissionbyenergytypeinChina,1996氣候變化的影響雪蓋和冰川面積減少雪蓋20世紀(jì)60年代以來減少10％冰川20世紀(jì)50年代以來減少10%～15％海平面上升過去100年10～20cm1990～21008～9cm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(zāi)害過多降水、大范圍干旱、持續(xù)高溫影響人體健康影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)氣候變化的影響與1982-1983年厄爾尼諾時間相關(guān)的旱澇分布區(qū)影響氣候變化的大氣成分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）CO2CH4氣溶膠各成分的貢獻(xiàn)1980到1990年期間人為源排放的溫室氣體對大氣中波長8～12μm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。各成分的貢獻(xiàn)預(yù)計到2030年全球氣溫大約平均升高3°C應(yīng)對措施與策略1.控制溫室氣體的排放改變能源結(jié)構(gòu)提高能源轉(zhuǎn)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應(yīng)對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(zhì)CO2排放量/(kg/GJ)應(yīng)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(shù)CO2分離、回收，注入深?；虻叵禄瘜W(xué)、物理、生物方法固定適應(yīng)氣候變化培養(yǎng)新農(nóng)作物品種，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等國際行動1992年，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會《氣候變化框架公約》20世紀(jì)90年代末，發(fā)達(dá)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(dá)國家削減溫室氣體排放的比例國際行動《京都議定書》規(guī)定的溫室氣體排放限值§2臭氧層破壞問題臭氧層主要特征離地面20～30km的平流層中占當(dāng)?shù)乜諝夂康?/105厚度單位DU（Dobsonunit）－273K，1atm下，10-3cm厚的O3層稱為一個DU1DU＝10-3atmcm＝2.69×1016molecules

§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：為溫室氣體臭氧洞：-出現(xiàn)時間－每年9月－11月表現(xiàn)：臭氧層出現(xiàn)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(xiàn)二、臭氧層破壞的原因

人類過多使用氟氯烴（CFCS）

影響臭氧層物質(zhì)的來源影響臭氧濃度的物理化學(xué)過程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(zhì)量都集中在對流層，但是臭氧卻主要集中在平流層

臭氧層的分布大氣中臭氧濃度分布（單位1012個分子/cm3）臭氧層的作用大氣對紫外線輻射的吸收

臭氧層的作用臭氧層破壞現(xiàn)象1955－1995每年十月份南極臭氧濃度（單位：DU）。數(shù)據(jù)點包括了基于地面和衛(wèi)星的觀測。在這一時期內(nèi)總臭氧濃度下降了50％。（資料來源：NASA,2000）平流層臭氧形成和破壞機(jī)理純氧理論（ChapmanMechanism）臭氧吸收紫外線的反應(yīng)平流層臭氧形成和破壞機(jī)理催化清除理論20世紀(jì)70年代建立活性催化物質(zhì)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)Y—活性物種，包括奇氫HOx、奇氮NOx、奇鹵XOx三大家族三大家族的來源奇氫HOx大氣中H2O與激活O原子反應(yīng)奇氮NOx宇宙射線分解N2飛機(jī)等人類活動排放奇鹵XOx人類活動產(chǎn)生的CFCs和含溴氟烷（哈龍，Halons)消耗臭氧層的物質(zhì)（ODS）ODSsCFCs、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（Ozonedepletionpotential）全球變暖潛勢（Globalwarmingpotential)ODSs的破壞能力CFCs對臭氧層的破壞作用

一個Cl自由基可以消耗數(shù)十萬個O3大氣中CFCs分子的變化圖

CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性南極臭氧空洞南極上空臭氧濃度垂直分布的變化南極臭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(yīng)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臭氧層破壞的危害臭氧含量減少1％，地面紫外線增加2％～3％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(zhì)與DNA結(jié)構(gòu)，引發(fā)皮膚癌可使眼睛受損，白內(nèi)障發(fā)病率增高陸生生態(tài)系統(tǒng)－植物質(zhì)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(xué)煙霧，材料老化大氣結(jié)構(gòu)－輻射收支變化，氣候變化臭氧層破壞的控制策略開發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)的替代技術(shù)無氟氯昂制冷設(shè)備制定淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的措施環(huán)境管理手段＋經(jīng)濟(jì)手段國際行動1985年，28個國家《維也納公約》1987年，46個國家《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾公約》蒙特利爾議定書及其修訂案所包括的損耗臭氧的氣體消耗臭氧物質(zhì)的排放削減消耗臭氧物質(zhì)的排放削減臭氧層的恢復(fù)§3致酸前體物與酸雨1.酸雨的界定：指PH值〈5.6的降水、包括雨、雪、霜、雹、霧和露等各種降水形式。地理分布幾乎整個歐洲美國和加拿大東部東亞，中國南方地區(qū)

§3致酸前體物與酸雨

2.酸雨的起因由于燃料燃燒和天然排放的SO2和NOx所造成的。3.酸雨的形成

1.SO2

的氧化

2.Nox的氧化20世紀(jì)90年代末我國酸雨區(qū)域分布酸雨的危害淡水湖泊、河流酸化，水生生物減少甚至絕跡影響土壤特性，貧瘠化破壞森林的生長腐蝕建筑材料及金屬結(jié)構(gòu)危害人體健康－角膜和呼吸道刺激致酸前體物質(zhì)SO2自然源－微生物、火山、森林火災(zāi)、海水飛沫人為源－燃料燃燒，化工NOx自然源－閃電、林火、火山，占總量的50％人為