大气污染控制工程LectureAirpollutionEffects

1、Prof. Jiakuan YangHuazhong University of Science and TechnologyQuestions for the Last Lecture1 Please give four major air pollution effects.2 What is theshold value? Answerv Effects on human health v Effects on Propertiesv Effects on visibility (aesthetics)v Effects on global climate ( global warmin

2、g and Stratospheric ozone depletion)ThresholdThreshold value represents conditions under which it is believed that nearly all workers may be repeatedly exposed day after day , without adverse effect. Dose-response curveDose(Concentration)Response(Harmful effects)No-thresholdthreshold Effects on Huma

3、n Health Effects on Properties Effects on Visibility Effects on Global Warming Effects on Sratospheric Ozone Depletion Effects on Global WarmingThe Earths surface temperature has risen by about 1 degree Fahrenheit in the past century, with accelerated warming during the past two decades. q ClimateHo

4、w does global warming generate?q Green house effectSunlight in the dayOutgoing radiation in the dayOutgoing radiation in the nightv Most of sunlight(visible) : 0.30.7 m (shorter wavelength radiation)v Outgoing radiation: 1 m (longer wavelength radiation)v greenhouse gases is transparent for sunlight

5、, absorb longer wavelength radiation.What would take place if the atmosphere disappears?q Green house effectq Green house effectq Greenhouse Gases Emissionq Greenhouse Gases Emissionq Impacts of Global WarmingvRising global temperatures are expected to raise sea level, and change precipitation and o

6、ther local climate conditions. human healthmany types of ecosystemsanimalsDesertsforestscrop yieldswater supplies气气体体对对入入射射太太阳阳光光与与对对外外辐辐射射的的不不同同吸吸收收温室气体主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟烃、烃、臭氧臭氧等。等。当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的温度升高温度升高 。人类活动排放温

7、室气体的贡献（19801990）温室气体的主要贡献者CO2甲烷的温室效应比CO2高25倍温室效应的危害温室效应的危害1 1、地球上的病虫害和传染疾病增加、地球上的病虫害和传染疾病增加 史前病毒，虫害加剧史前病毒，虫害加剧2 2、海平面上升、海平面上升 专家预测专家预测2050年全球温升年全球温升24摄氏度摄氏度 ，海平面，海平面上升，纽约，上海，东京和悉尼上升，纽约，上海，东京和悉尼 淹没淹没 3 3、气候反常，海洋风暴增多；、气候反常，海洋风暴增多； 98年洪水；年洪水；2004年年7.9级强地震，引发海啸，级强地震，引发海啸， 印尼印尼23万人死亡或失踪，万人死亡或失踪，50万人无家可归万

8、人无家可归 4 4、土地干旱，沙漠化面积增大、土地干旱，沙漠化面积增大 西部干旱，缺水，黄河断流，沙漠化西部干旱，缺水，黄河断流，沙漠化厄尔尼诺厄尔尼诺 厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每来热带降雨。但这种模式每27年被打乱一年被

9、打乱一次，使次，使风向和洋流发生逆转风向和洋流发生逆转，太平洋表层的，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热，随之便带走了热带降雨，出现所谓的带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象”。 厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的海面水温异常升高，海水水位上涨，并形海面水温异常升高，海水水位上涨，并形成一股成一股暖流暖流向南流动。它使原属冷水域的向南流动。它使原属冷水域的太平洋东部水域变成暖水域，结果引起太平洋东部水域变成暖水域，结果引起海海啸和暴风骤雨啸和暴风骤雨，造成一些地区干旱，另一，造成一些地区干旱，另一些地区又降雨过

10、多的异常气候些地区又降雨过多的异常气候 现象。现象。 在科学上此词语用于表示在秘鲁和厄在科学上此词语用于表示在秘鲁和厄瓜多尔附近几千公里的东太平洋海面瓜多尔附近几千公里的东太平洋海面温度的异常增暖现象。当这种现象发温度的异常增暖现象。当这种现象发生时，大范围的海水温度可比常年生时，大范围的海水温度可比常年高高出出36摄氏度摄氏度。太平洋广大水域的水。太平洋广大水域的水温升高，改变了传统的赤道洋流和东温升高，改变了传统的赤道洋流和东南信风，导致全球性的气候反常。南信风，导致全球性的气候反常。 “厄尔尼诺厄尔尼诺”一词来源于西班牙语，原意为一词来源于西班牙语，原意为“圣婴圣婴”。19世纪初，在南美

11、洲的厄瓜多尔、世纪初，在南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等西班牙语系的国家，渔民们发现，每秘鲁等西班牙语系的国家，渔民们发现，每隔几年，从隔几年，从10月至第二年的月至第二年的3月月便会出现一股便会出现一股沿海岸南移的沿海岸南移的暖流暖流，使表层，使表层海水温度明显升海水温度明显升高高。 南美洲的太平洋东岸本来盛行的是南美洲的太平洋东岸本来盛行的是秘鲁寒流秘鲁寒流，随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界三随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界三大渔场之一。大渔场之一。 但这股暖流一出现，性喜冷水的鱼类就会但这股暖流一出现，性喜冷水的鱼类就会大大量死亡量死亡，使渔民们遭受灭顶之灾。，使渔民们遭受灭顶之灾。 由

12、于这种现象最严重时往往在由于这种现象最严重时往往在圣诞节圣诞节前后，前后，于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将其称为于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将其称为上帝之子上帝之子圣婴。圣婴。拉尼娜拉尼娜 拉尼娜是西班牙语拉尼娜是西班牙语“La Nina”-“小女孩小女孩,圣女圣女”的意思的意思,是是厄尔尼诺现象的反相厄尔尼诺现象的反相，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，表现为东太平洋明显变冷，同种现象，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，总是出现时也伴随着全球性气候混乱，总是出现在厄尔尼诺现象之后。在厄尔尼诺现象之后。 气象和海洋学家用来专门指发生

13、在赤道气象和海洋学家用来专门指发生在赤道太平洋东部和中部海水大范围持续异常太平洋东部和中部海水大范围持续异常变冷的现象（海水表层温度低出气候平变冷的现象（海水表层温度低出气候平均值均值0.5以上，且持续时间超过以上，且持续时间超过6个月个月以上）。拉尼娜也称反厄尔尼诺现象。以上）。拉尼娜也称反厄尔尼诺现象。 最近一次拉尼娜现象出现在最近一次拉尼娜现象出现在1998年，持年，持续到续到2000年春季趋于结束。年春季趋于结束。 厄尔尼诺与厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，对气候的影拉尼娜现象通常交替出现，对气候的影响大致相反，通过海洋与大气之间的能响大致相反，通过海洋与大气之间的能量交换，改变大气

14、环流而影响气候的变量交换，改变大气环流而影响气候的变化。从近化。从近50年的监测资料看，厄尔尼诺年的监测资料看，厄尔尼诺出现频率多于拉尼娜，强度也大于拉尼出现频率多于拉尼娜，强度也大于拉尼娜。娜。 中国海洋学家认为，中国在中国海洋学家认为，中国在1998年遭受年遭受的特大洪涝灾害的特大洪涝灾害，是由，是由“厄尔尼诺厄尔尼诺拉拉尼娜现象尼娜现象”和长江流域生态恶化两大成和长江流域生态恶化两大成因共同引起的。因共同引起的。 Effects on Stratospheric Ozone Depletionq The Earths Atmosphere and Stratospheric Ozone

15、Mount Everest, is about 8.8 km high. Concorde cruises at about 16km. Ozone layerO2 + hv - O + O(1)O + O2 - O3 (2)大气圈垂直结构均质层：至均质层：至80-85km80-85km，主，主要成分氮和氧要成分氮和氧的组成比例几的组成比例几乎不变乎不变同温臭氧层同温臭氧层臭氧 吸收300平流层顶（+ ）（- ）平流层对流层对流层顶散逸层（+ ）（- ）（+ ）热成层电离层中间层中间层顶200250绝对温度（K ）50030007080506020409030040020010001030高

16、度 （ km ）高度（k m ）高度(km)大气圈垂直结构大气圈垂直结构N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等气体的原子态越多越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照紫外线的强烈照射，射，N2和和O2产生产生不同程度的离解不同程度的离解对流层平流层/同温层中间层热层热层/暖层暖层/电离层电离层逃逸层/逸散层Ozone Reactionq What Is The Ozone Hole? Ozone holes arent like doughnut holes; theyre not empty spaces in the sky. Ozone holes are

17、much like the worn-out places in an old sock or sweater: there are still threads covering the worn-out area, but the fabric can be so thin you can see right through it. The Halley Research Station The Ozone HoleMonthly Ozone Averages for October MPEG movie of TOMS ozone measurements from Nov 1978 to

18、 Jan 1992q How Ozone Holes are Formed?q How Ozone Holes are Formed?q How Ozone Holes are Formed?q Ozone-destroying chemicalsOzone-destroying chemicalsNameUseWhen U. S. production ends*CFCs(chlorofluorocarbons)solvents, aerosol sprays (most spray can uses banned in 1970s) foaming agents in plastic ma

19、nufacture January 1, 1996 Halons fire extinguishers January 1, 1994 Carbontetrachloride solvents, chemical manufacture; carbon tetrachloride causes cancer in animals January 1, 1996 Methyl chloroform(1,1,1-trichloroethene) very widely-used solvent; in many workplace and consumer solvents, including

20、auto repair and maintenance products January 1, 1996 HCFCs(hydro CFCs)CFC substitutes, chemicals slightly different from CFCsJanuary 1, 2003*q How CFCs destroyed Stratospheric zone?(I)ClO + ClO + M -Cl2O2 + MCl2O2 + hv-Cl + ClO2ClO2 + M-Cl + O2 + Mthen:2 x (Cl + O3)-2 x (ClO + O2)net:2 O3-3 O2and(II

21、)ClO + BrO -Br + Cl + O2Cl + O3-ClO + O2Br + O3-BrO + O2net:2 O3-3 O2q CFCs Simcat 3D Modelq Harmful Impacts of Ozone Holes There could be more skin cancers and cataracts（白内障）（白内障）.This Lecture and the Next Lectureq This Lecture:v Chapter 2 Page 1337v Chapter 14 Page 511 524v /OAR/globalwarming.nsf/ content/index.htm