第01章%20緒論2教材

1、1. 溫室氣體引起全球氣候變化問題溫室氣體引起全球氣候變化問題2. 臭氧層破壞問題臭氧層破壞問題3. 酸雨污染問題酸雨污染問題全球氣候變化的基本情況全球氣候變化的基本情況v大氣中CO2含量v氣溫v海平面近代南北半球及全球平均溫度的變化近代南北半球及全球平均溫度的變化全球平均氣溫的變化v在過去的在過去的100年間，地球的平均溫度增加了年間，地球的平均溫度增加了0.30.6 （1995年是記錄上最暖的一年），海平面高度增加了年是記錄上最暖的一年），海平面高度增加了1025cm。v氣溫和海平面高度仍會持續(xù)上升。眾多模型的模擬結(jié)果表氣溫和海平面高度仍會持續(xù)上升。眾多模型的模擬結(jié)果表明，到明，到2010

2、年氣溫將增加年氣溫將增加13.5 ，海平面上升，海平面上升1595cm。v氣溫升高和大氣中溫室氣體的濃度具有很強的相關(guān)性。氣溫升高和大氣中溫室氣體的濃度具有很強的相關(guān)性。v人類活動極大地增加了大氣中溫室氣體的含量。人類活動極大地增加了大氣中溫室氣體的含量。反 射 太 陽 輻射：107W/m2 云、氣溶膠和大氣反射 入 射 太 陽 輻射：342W/m2 大氣放射 出射長 波輻射： 107W/m2 大氣吸收 溫室氣體 大氣窗口 地表 輻射 地表吸收 地表反射 反輻射 地表吸收 暖氣流 蒸發(fā)蒸騰作用 潛熱 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（單位全球能量平衡示意圖。圖中給出了基

3、于地球表面區(qū)域的平均能量（單位W/m2）流動。大）流動。大約有約有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。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：（資料來源：IPCC, 1996a）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 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 7

4、2pptv 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 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(zhì)量以指數(shù)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

5、體濃度的增加 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(dǎo)致所有溫室氣體的濃度迅速增加。（資料來源：IPCC,1990）主要溫室氣體的年排放量主要溫室氣體的年排放量溫室氣體溫室氣體年排放量年排放量/Mta-1全世界全世界美國美國二氧化碳（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） 美國 中國 俄羅斯 日本 印度 德國 英國 加拿大 意大

6、利 韓國 1997年年10個個CO2排放量最大的國家的總年排放量（排放量最大的國家的總年排放量（a）和各國人均年）和各國人均年排放量（排放量（b）（資料來源：）（資料來源：Marland et al., 1999）以單位以單位GDP（$）的總能量消耗表示的各國的能源強度。所有數(shù)據(jù)均為）的總能量消耗表示的各國的能源強度。所有數(shù)據(jù)均為1998年的，年的，GDP以以1990的的US$表示。（資料來源：表示。（資料來源：USDOE, 2000） Major Greenhouse GasesGasContribution to global warming ()CO257CFCS25CH412N2O61

7、996年中國能源類型的年中國能源類型的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%雪蓋和冰川面積減少雪蓋和冰川面積減少v雪蓋 20世紀60年代以來 減少10v冰川 20世紀50年代以來 減少10%15海平面上升海平面上升v

8、過去100年 1020cmv19902100 89cm降水格局變化降水格局變化v中高緯降雨量增大v北半球亞熱帶降雨量下降，南半球增加氣候災(zāi)害氣候災(zāi)害v過多降水、大范圍干旱、持續(xù)高溫影響人體健康影響人體健康影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)續(xù)續(xù) 與與1982-1983年厄爾尼諾時間相關(guān)的年厄爾尼諾時間相關(guān)的旱澇分布區(qū)旱澇分布區(qū)與與1982-1983年厄爾尼諾時間相關(guān)的旱澇分布區(qū)年厄爾尼諾時間相關(guān)的旱澇分布區(qū)地球上的碳庫：生物圈，海洋和大氣，以及各碳庫之間地球上的碳庫：生物圈，海洋和大氣，以及各碳庫之間的二氧化碳年交換（的二氧化碳年交換（Gt）大氣中二氧化碳含量的變化大氣層大氣層CO2含

9、量含量每一百萬每一百萬CO2部分部分1980到到1990年期間人為源排放的溫室氣體對大氣中波長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。度難以確定。甲烷一氧化二氮其他CFCs預(yù)計到預(yù)計到2030年全球氣溫大約平均升高年全球氣溫大約平均升高3C1. 控制溫室氣體的排放控制溫室氣體的排放v改變能源結(jié)構(gòu)v提高能源轉(zhuǎn)換效率v提高能源使用效率v減少森林植被的破壞v控制水田和垃圾填埋場的甲烷排放不同燃料燃燒單位不同燃料燃燒單位GJ的的CO2排放量排放量不同燃料燃燒單位GJ的CO2

10、排放量9574645700102030405060708090100煤油液化氣天然氣生物質(zhì)CO2排放量/(kg/GJ)2. 增加溫室氣體的吸收增加溫室氣體的吸收v植樹造林v采用固碳技術(shù)v適應(yīng)氣候變化1992年，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會年，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會氣候變化框氣候變化框架公約架公約v20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，年，京都議定書京都議定書v明確各發(fā)達國家削減溫室氣體排放的比例 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

11、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。 京都議定書京都議定書規(guī)定的溫室氣體排放限值規(guī)定的溫室氣體排放限值臭氧層主要特征臭氧層主要特征v離地面2030km的平流層中v占當?shù)乜諝夂康?/105v厚度單位大氣的兩個最低層，對流層和平流層的溫度曲線。大部分大大氣的兩個最低層，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氣質(zhì)量都集中在對流層，但是臭氧卻主要

12、集中在平流層 大氣中臭氧濃度分布（單位1012個分子/cm3）大氣對紫外線輻射的吸收大氣對紫外線輻射的吸收 19551995每年十月份南極臭氧濃度（單位：每年十月份南極臭氧濃度（單位：DU）。數(shù)據(jù)點包括）。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：（資料來源：NASA, 2000）v臭氧分子吸收紫外線分解為一個臭氧分子吸收紫外線分解為一個氧氣分子和一個氧原子：氧氣分子和一個氧原子：v氧氣分子可以吸收紫外線分解為氧氣分子可以吸收紫外線分解為兩個氧原子：兩個氧原子：v氧氣分子和氧原子也可以合并生氧氣分子和氧原

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線：外線：32OOO2O2O23OOOv上述反應(yīng)過程吸收了上述反應(yīng)過程吸收了99的來自于太陽的紫外線。的來自于太陽的紫外線。v氟氯烴（氟氯烴（CFCs）很大程度上導(dǎo)致了平流層臭氧的減）很大程度上導(dǎo)致了平流層臭氧的減少。少。v這兩個反應(yīng)都造成了臭氧的減少。這兩個反應(yīng)都造成了臭氧的減少。322ClOClOOClOOClO臭氧濃度減少的百分比臭氧濃度減少的百分比19791986年總臭氧緯向平均值的趨勢年總臭氧緯向平均值的趨勢純氧理論（純氧理論（Chapman Mechanism）臭氧吸收紫外線的反應(yīng)臭氧吸收紫外線的反應(yīng)223OO

14、OOOMOMhv32322OOOOOOOhv催化清除理論催化清除理論v20世紀70年代建立v活性催化物質(zhì)的鏈式反應(yīng)vY活性物種，包括奇氫HOx、奇氮NOx、奇鹵XOx三大家族32232YOYOOYOOYOOO2O總反應(yīng)： 奇氫奇氫HOxv大氣中H2O與激活O原子反應(yīng)奇氮奇氮NOxv宇宙射線分解N2v飛機等人類活動排放奇鹵奇鹵XOxv人類活動產(chǎn)生的CFCs和含溴氟烷（哈龍，Halons)ODSsvCFCs、哈龍vCCl4、甲基氯仿（1,1,1三氯乙烷）、溴甲烷v部分取代的氯氟烴ODSs的破壞能力的破壞能力v臭氧耗減潛能（Ozone depletion potential）v全球變暖潛勢（Glob

15、al warming potential) 一個一個Cl自由基可以消耗數(shù)十萬個自由基可以消耗數(shù)十萬個O3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 C2

16、H3FCl2 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 南極上空臭氧濃度垂直分布的變化南極上空臭氧濃度垂直分布的變化臭氧垂直剖

17、面極地平流層云在南極臭氧空洞的形成過程中起極地平流層云在南極臭氧空洞的形成過程中起重要作用重要作用v吸附并聚集CFCs及哈龍v非均相反應(yīng)場所為什么北極沒有形成臭氧空洞？為什么北極沒有形成臭氧空洞？v北極為海洋環(huán)境，較南極大陸環(huán)境溫暖v周圍分布不規(guī)則大陸，大氣層較南極不穩(wěn)定v不易形成極地平流層云臭氧含量減少臭氧含量減少1，地面紫外線增加，地面紫外線增加23危害危害v人體健康皮膚癌、白內(nèi)障v陸生生態(tài)系統(tǒng)植物質(zhì)量下降v水生生態(tài)系統(tǒng)水面附近生物減少v城市空氣和建筑材料光化學煙霧，材料老化v大氣結(jié)構(gòu)輻射收支變化，氣候變化開發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)的替代技術(shù)開發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)的替代技術(shù)v無氟氯昂制冷設(shè)備制定淘汰消

18、耗臭氧層物質(zhì)的措施制定淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的措施v環(huán)境管理手段 經(jīng)濟手段國際行動國際行動v1985年， 28個國家 維也納公約v1987年， 46個國家 關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾公約2000年 之 前 需 停 止 生 產(chǎn) 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 酸雨酸雨pH小于小于5.6

19、的降水，廣義包括酸性物質(zhì)的的降水，廣義包括酸性物質(zhì)的干濕沉降干濕沉降地理分布地理分布v幾乎整個歐洲v美國和加拿大東部v東亞，中國南方地區(qū)v酸沉降是指某一平面上具有致酸潛勢的物質(zhì)的酸沉降是指某一平面上具有致酸潛勢的物質(zhì)的積累。積累。v致酸物質(zhì)是自然和人為活動的過程中產(chǎn)生的。致酸物質(zhì)是自然和人為活動的過程中產(chǎn)生的。v致酸物質(zhì)按存在形態(tài)分為干和濕兩種。致酸物質(zhì)按存在形態(tài)分為干和濕兩種。SO42-NO3-Ca2+NH4+1.8.3.2 我國酸雨區(qū)域分布（20世紀90年代末）20世紀90年代末我國酸雨區(qū)域分布pH5.6 pH7.0. N/A Taiwan Acid rain distribution in 80s 淡水湖泊、河流酸化，水生生物減少甚至絕跡淡水湖泊、河流酸化，水生生物減少甚至絕跡