第01章%20绪论2教材

1、1. 温室气体引起全球气候变化问题温室气体引起全球气候变化问题2. 臭氧层破坏问题臭氧层破坏问题3. 酸雨污染问题酸雨污染问题全球气候变化的基本情况全球气候变化的基本情况v大气中CO2含量v气温v海平面近代南北半球及全球平均温度的变化近代南北半球及全球平均温度的变化全球平均气温的变化v在过去的在过去的100年间，地球的平均温度增加了年间，地球的平均温度增加了0.30.6 （1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了1025cm。v气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到明，到2010

2、年气温将增加年气温将增加13.5 ，海平面上升，海平面上升1595cm。v气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。v人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。反 射 太 阳 辐射：107W/m2 云、气溶胶和大气反射 入 射 太 阳 辐射：342W/m2 大气放射 出射长 波辐射： 107W/m2 大气吸收 温室气体 大气窗口 地表 辐射 地表吸收 地表反射 反辐射 地表吸收 暖气流 蒸发蒸腾作用 潜热 全球能量平衡示意图。图中给出了基于地球表面区域的平均能量（单位全球能量平衡示意图。图中给出了基

3、于地球表面区域的平均能量（单位W/m2）流动。大）流动。大约有约有49的入射太阳辐射被地表直接吸收，但是温室气体效应增加了流向地表的能量。的入射太阳辐射被地表直接吸收，但是温室气体效应增加了流向地表的能量。（资料来源：（资料来源：IPCC, 1996a）温室具有与大气类似的对入射太阳辐射和射出热辐射的作用温室具有与大气类似的对入射太阳辐射和射出热辐射的作用 CO2 CH4 N2O CFC-11 HCFC-22 CF4 工业化前的浓度 280ppmv 700ppbv 275ppbv 0 0 0 1994年的浓度 358ppmv 1720ppbv 312ppbv 268pptv 110pptv 7

4、2pptv 最近的浓度变化率 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) 大气寿命中的（年）b 50 200c 12 120 50 12 50000 a ppmv 每百万体积中的份额； ppbv每十亿体积中的份额； pptv每万亿体积中的份额。 b 初始质量以指数形式衰减到其初始值的1/e0.368所需的时间。 c 对于CO2，不能确定其唯一的大气寿命。因为不同的汇，其吸收速率不同。 资料来源：IPCC，1996 。 1850年以来大气中温室气

5、体浓度的增加 大气中CO2、CH4、N2O和CFCs的浓度变化趋势。在过去的一个世纪里， 人类活动导致所有温室气体的浓度迅速增加。（资料来源：IPCC,1990）主要温室气体的年排放量主要温室气体的年排放量温室气体温室气体年排放量年排放量/Mta-1全世界全世界美国美国二氧化碳（二氧化碳（CO2）298005300甲烷（甲烷（CH4）37531一氧化二氮（一氧化二氮（N2O）5.70.5CFC-11, -12, -1130.70.1HCFC-220.20.1HFCs, PFCs, SF6NA0.034CO2年排放量（MtC/年） （a） 美国 中国 俄罗斯 日本 印度 德国 英国 加拿大 意大

6、利 韩国 1997年年10个个CO2排放量最大的国家的总年排放量（排放量最大的国家的总年排放量（a）和各国人均年）和各国人均年排放量（排放量（b）（资料来源：）（资料来源：Marland et al., 1999）以单位以单位GDP（$）的总能量消耗表示的各国的能源强度。所有数据均为）的总能量消耗表示的各国的能源强度。所有数据均为1998年的，年的，GDP以以1990的的US$表示。（资料来源：表示。（资料来源：USDOE, 2000） Major Greenhouse GasesGasContribution to global warming ()CO257CFCS25CH412N2O61

7、996年中国能源类型的年中国能源类型的CO2排放排放04008001200160020002400CoalCoke Oil, etc.N.Gas, etc.Mt-CO2Thermal power & heatOther energy industryIndustrResidentialCommerce, service, etc.Transport&communiAgriculture, etc.Construction74.9%8.3%13.1%3.6%雪盖和冰川面积减少雪盖和冰川面积减少v雪盖 20世纪60年代以来 减少10v冰川 20世纪50年代以来 减少10%15海平面上升海平面上升v

8、过去100年 1020cmv19902100 89cm降水格局变化降水格局变化v中高纬降雨量增大v北半球亚热带降雨量下降，南半球增加气候灾害气候灾害v过多降水、大范围干旱、持续高温影响人体健康影响人体健康影响农业生产和生态系统影响农业生产和生态系统续续 与与1982-1983年厄尔尼诺时间相关的年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区旱涝分布区与与1982-1983年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区地球上的碳库：生物圈，海洋和大气，以及各碳库之间地球上的碳库：生物圈，海洋和大气，以及各碳库之间的二氧化碳年交换（的二氧化碳年交换（Gt）大气中二氧化碳含量的变化大气层大气层CO2含

9、量含量每一百万每一百万CO2部分部分1980到到1990年期间人为源排放的温室气体对大气中波长年期间人为源排放的温室气体对大气中波长812m光线的透射率的影响。对流层臭氧可能也起到一定的作用，但程光线的透射率的影响。对流层臭氧可能也起到一定的作用，但程度难以确定。度难以确定。甲烷一氧化二氮其他CFCs预计到预计到2030年全球气温大约平均升高年全球气温大约平均升高3C1. 控制温室气体的排放控制温室气体的排放v改变能源结构v提高能源转换效率v提高能源使用效率v减少森林植被的破坏v控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放不同燃料燃烧单位不同燃料燃烧单位GJ的的CO2排放量排放量不同燃料燃烧单位GJ的CO2

10、排放量9574645700102030405060708090100煤油液化气天然气生物质CO2排放量/(kg/GJ)2. 增加温室气体的吸收增加温室气体的吸收v植树造林v采用固碳技术v适应气候变化1992年，联合国环境与发展大会年，联合国环境与发展大会气候变化框气候变化框架公约架公约v20世纪90年代末，发达国家温室气体年排放量控制在1990年水平1997年，年，京都议定书京都议定书v明确各发达国家削减温室气体排放的比例 国家 20082012年的排放限值a 保加利亚，捷克，爱沙尼亚，欧盟（15个国家） ，拉脱维亚，列支敦士登，摩纳哥，罗马尼亚，斯洛伐克，斯洛文尼亚，瑞士 削减8 美国 削减

11、7 加拿大，匈牙利，日本，波兰 削减6% 克罗地亚 削减5 新西兰，俄罗斯，乌克兰 不变 挪威 增加1 澳大利亚 增加8% 冰岛 增加10 a 相对于CO2、CH4和N2O的1990年的排放量，和相对于PFCs、HFCs和SF6的1995年的排放量。 京都议定书京都议定书规定的温室气体排放限值规定的温室气体排放限值臭氧层主要特征臭氧层主要特征v离地面2030km的平流层中v占当地空气含量的1/105v厚度单位大气的两个最低层，对流层和平流层的温度曲线。大部分大大气的两个最低层，对流层和平流层的温度曲线。大部分大气质量都集中在对流层，但是臭氧却主要集中在平流层气质量都集中在对流层，但是臭氧却主要

12、集中在平流层 大气中臭氧浓度分布（单位1012个分子/cm3）大气对紫外线辐射的吸收大气对紫外线辐射的吸收 19551995每年十月份南极臭氧浓度（单位：每年十月份南极臭氧浓度（单位：DU）。数据点包括）。数据点包括了基于地面和卫星的观测。在这一时期内总臭氧浓度下降了了基于地面和卫星的观测。在这一时期内总臭氧浓度下降了50。（资料来源：（资料来源：NASA, 2000）v臭氧分子吸收紫外线分解为一个臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：氧气分子和一个氧原子：v氧气分子可以吸收紫外线分解为氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子：两个氧原子：v氧气分子和氧原子也可以合并生氧气分子和氧原

13、子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线：外线：32OOO2O2O23OOOv上述反应过程吸收了上述反应过程吸收了99的来自于太阳的紫外线。的来自于太阳的紫外线。v氟氯烃（氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。少。v这两个反应都造成了臭氧的减少。这两个反应都造成了臭氧的减少。322ClOClOOClOOClO臭氧浓度减少的百分比臭氧浓度减少的百分比19791986年总臭氧纬向平均值的趋势年总臭氧纬向平均值的趋势纯氧理论（纯氧理论（Chapman Mechanism）臭氧吸收紫外线的反应臭氧吸收紫外线的反应223OO

14、OOOMOMhv32322OOOOOOOhv催化清除理论催化清除理论v20世纪70年代建立v活性催化物质的链式反应vY活性物种，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族32232YOYOOYOOYOOO2O总反应： 奇氢奇氢HOxv大气中H2O与激活O原子反应奇氮奇氮NOxv宇宙射线分解N2v飞机等人类活动排放奇卤奇卤XOxv人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)ODSsvCFCs、哈龙vCCl4、甲基氯仿（1,1,1三氯乙烷）、溴甲烷v部分取代的氯氟烃ODSs的破坏能力的破坏能力v臭氧耗减潜能（Ozone depletion potential）v全球变暖潜势（Glob

15、al warming potential) 一个一个Cl自由基可以消耗数十万个自由基可以消耗数十万个O3化化学学名名字字 化化学学式式 主主要要用用途途和和来来源源 1992年年大大气气中中浓浓度度/ppt 大大气气中中寿寿命命，/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 C2

16、H3FCl2 C2H3F2Cl 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；发发泡泡剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂；发发泡泡剂剂 溶溶剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂 溶溶剂剂 溶溶剂剂 阻阻燃燃剂剂 阻阻燃燃剂剂 阻阻燃燃剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂； 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂；阻阻燃燃剂剂 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂 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 南极上空臭氧浓度垂直分布的变化南极上空臭氧浓度垂直分布的变化臭氧垂直剖

17、面极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用重要作用v吸附并聚集CFCs及哈龙v非均相反应场所为什么北极没有形成臭氧空洞？为什么北极没有形成臭氧空洞？v北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖v周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定v不易形成极地平流层云臭氧含量减少臭氧含量减少1，地面紫外线增加，地面紫外线增加23危害危害v人体健康皮肤癌、白内障v陆生生态系统植物质量下降v水生生态系统水面附近生物减少v城市空气和建筑材料光化学烟雾，材料老化v大气结构辐射收支变化，气候变化开发消耗臭氧层物质的替代技术开发消耗臭氧层物质的替代技术v无氟氯昂制冷设备制定淘汰消

18、耗臭氧层物质的措施制定淘汰消耗臭氧层物质的措施v环境管理手段 经济手段国际行动国际行动v1985年， 28个国家 维也纳公约v1987年， 46个国家 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约2000年 之 前 需 停 止 生 产 的 气 体 2030年 必 须 淘 汰 的 气 体 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 龙 1211 哈 龙 1301 哈 龙 2402 酸雨酸雨pH小于小于5.6

19、的降水，广义包括酸性物质的的降水，广义包括酸性物质的干湿沉降干湿沉降地理分布地理分布v几乎整个欧洲v美国和加拿大东部v东亚，中国南方地区v酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。积累。v致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。v致酸物质按存在形态分为干和湿两种。致酸物质按存在形态分为干和湿两种。SO42-NO3-Ca2+NH4+1.8.3.2 我国酸雨区域分布（20世纪90年代末）20世纪90年代末我国酸雨区域分布pH5.6 pH7.0. N/A Taiwan Acid rain distribution in 80s 淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹