温室气体臭氧空洞

温室气体臭氧空洞第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三第12章大气污染和全球气候1．教学要求要求了解全球气候和全球污染，理解和掌握全球气候变化、臭氧层破坏和酸雨污染问题。2、教学重点本章重点介绍臭氧层破坏问题，致酸前体物与酸雨3、教学难点臭氧层破坏问题第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§1温室气体与全球气候变化一、全球气候变化问题1.温室效应：大气层本身具有的属性。它是确保地球气温总能维持在相对稳定范围的保障，而不会出现其它星球的剧烈冷热变化第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三2.全球气候变暖的特征：近百年来，全球气温呈上升趋势，平均升温为0.6℃全球气温的变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动二、影响气候变化的大气成分主要指：二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化碳等对地球辐射热量的收支平衡起重要作用1）CO2:主要来源于以下：燃料的使用：石油、天然气、煤等化石燃料的使用水泥的生产不合理的土地利用，改变并破坏植被的自然排放第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§1温室气体与全球气候变化全球气候变化问题大气中CO2含量1750年以前280ppm目前360ppm预计21世纪中叶540～970ppm气温20世纪增加了0.60.2oC海平面20世纪上升了10～20cm第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三全球气候变化问题近代南北半球及全球平均温度的变化第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三温室效应（GreenhouseEffect）机理第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三温室效应机理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W/m2）流动。大约有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。（资料来源：IPCC,1996a）第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三温室效应机理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第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响

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

72pptv

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

appmv＝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/e＝0.368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体浓度的增加

第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响大气中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）第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响温室气体年排放量/Mt·a-1全世界美国二氧化碳（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主要温室气体的年排放量第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响1997年10个CO2排放量最大的国家的总年排放量（a）和各国人均年排放量（b）（资料来源：Marlandetal.,1999）第十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响以单位GDP（$）的总能量消耗表示的各国的能源强度。所有数据均为1998年的，GDP以1990的US$表示。（资料来源：USDOE,2000）

第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响某些国家初级能量供应的碳强度。表明了过去几十年，单位能量的碳排放下降速率。（资料来源：PCAST，1997）

第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三人类活动的影响CO2emissionbyenergytypeinChina,1996第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三气候变化的影响雪盖和冰川面积减少雪盖20世纪60年代以来减少10％冰川20世纪50年代以来减少10%～15％海平面上升过去100年10～20cm1990～21008～9cm第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三气候变化的影响降水格局变化中高纬降雨量增大北半球亚热带降雨量下降，南半球增加气候灾害过多降水、大范围干旱、持续高温影响人体健康影响农业生产和生态系统第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期三气候变化的影响与1982-1983年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区第二十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三影响气候变化的大气成分第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三CO2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（Gt）第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三CO2第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三CH4第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三气溶胶第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三各成分的贡献1980到1990年期间人为源排放的温室气体对大气中波长8～12μm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。第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三各成分的贡献预计到2030年全球气温大约平均升高3°C第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三第二十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三应对措施与策略1.控制温室气体的排放改变能源结构提高能源转换效率提高能源使用效率减少森林植被的破坏控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期三应对措施与策略不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量9574645700102030405060708090100煤油液化气天然气生物质CO2排放量/(kg/GJ)第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三应对措施与策略2.增加温室气体的吸收植树造林采用固碳技术CO2分离、回收，注入深海或地下化学、物理、生物方法固定适应气候变化培养新农作物品种，调整产业结构等第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三国际行动1992年，联合国环境与发展大会《气候变化框架公约》20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，《京都议定书》明确各发达国家削减温室气体排放的比例第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三国际行动《京都议定书》规定的温室气体排放限值第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§2臭氧层破坏问题臭氧层主要特征离地面20～30km的平流层中占当地空气含量的1/105厚度单位DU（Dobsonunit）－273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU1DU＝10-3atmcm＝2.69×1016molecules第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§2臭氧层破坏问题1.臭氧层变化与臭氧洞臭氧层的作用：平流层中的臭氧：吸收紫外线对流层中的臭氧：为温室气体臭氧洞：-出现时间－每年9月－11月表现：臭氧层出现浓度减少区域，对紫外线的抵挡功能削弱；发生地区：1984南极上空首次1989北极上空首次其它地区也有类似情况出现第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三二、臭氧层破坏的原因

人类过多使用氟氯烃（CFCS）

影响臭氧层物质的来源第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三影响臭氧浓度的物理化学过程第三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层的分布大气的两个最低层，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

第三十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层的分布大气中臭氧浓度分布（单位1012个分子/cm3）第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层的作用大气对紫外线辐射的吸收

第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层的作用第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层破坏现象1955－1995每年十月份南极臭氧浓度（单位：DU）。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50％。（资料来源：NASA,2000）第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三平流层臭氧形成和破坏机理纯氧理论（ChapmanMechanism）臭氧吸收紫外线的反应第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三平流层臭氧形成和破坏机理催化清除理论20世纪70年代建立活性催化物质的链式反应Y—活性物种，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三三大家族的来源奇氢HOx大气中H2O与激活O原子反应奇氮NOx宇宙射线分解N2飞机等人类活动排放奇卤XOx人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三消耗臭氧层的物质（ODS）ODSsCFCs、哈龙CCl4、甲基氯仿（1,1,1－三氯乙烷）、溴甲烷部分取代的氯氟烃ODSs的破坏能力臭氧耗减潜能（Ozonedepletionpotential）全球变暖潜势（Globalwarmingpotential)第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三ODSs的破坏能力第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三CFCs对臭氧层的破坏作用一个Cl自由基可以消耗数十万个O3第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三大气中CFCs分子的变化图

第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期三

CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期三南极臭氧空洞南极上空臭氧浓度垂直分布的变化第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期三南极臭氧空洞极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用吸附并聚集CFCs及哈龙非均相反应场所为什么北极没有形成臭氧空洞？北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定不易形成极地平流层云第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层破坏的危害臭氧含量减少1％，地面紫外线增加2％～3％危害人体健康－损坏人体的免疫系统，使呼吸道疾病增加可破坏蛋白质与DNA结构，引发皮肤癌可使眼睛受损，白内障发病率增高陆生生态系统－植物质量下降水生生态系统－水面附近生物减少城市空气和建筑材料－光化学烟雾，材料老化大气结构－辐射收支变化，气候变化第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层破坏的控制策略开发消耗臭氧层物质的替代技术无氟氯昂制冷设备制定淘汰消耗臭氧层物质的措施环境管理手段＋经济手段国际行动1985年，28个国家《维也纳公约》1987年，46个国家《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期三蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧的气体消耗臭氧物质的排放削减第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期三消耗臭氧物质的排放削减第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期三臭氧层的恢复第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§3致酸前体物与酸雨1.酸雨的界定：指PH值〈5.6的降水、包括雨、雪、霜、雹、雾和露等各种降水形式。地理分布几乎整个欧洲美国和加拿大东部东亚，中国南方地区第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期三§3致酸前体物与酸雨

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

1.SO2的氧化第六十页，共六十