大氣污染控制工程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氣氣體體對(duì)對(duì)入入射射太太陽(yáng)陽(yáng)光光與與對(duì)對(duì)外外輻輻射射的的不不同同吸吸收收溫室氣體主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟烴、烴、臭氧臭氧等。等。當(dāng)它們?cè)诖髿庵械臐舛仍黾訒r(shí)，大氣的溫室效當(dāng)它們?cè)诖髿庵械臐舛仍黾訒r(shí)，大氣的溫室效應(yīng)就會(huì)加劇，引起地球表面和大氣層下部的應(yīng)就會(huì)加劇，引起地球表面和大氣層下部的溫度升高溫度升高 。人類活動(dòng)排放溫

7、室氣體的貢獻(xiàn)（19801990）溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者CO2甲烷的溫室效應(yīng)比CO2高25倍溫室效應(yīng)的危害溫室效應(yīng)的危害1 1、地球上的病蟲(chóng)害和傳染疾病增加、地球上的病蟲(chóng)害和傳染疾病增加 史前病毒，蟲(chóng)害加劇史前病毒，蟲(chóng)害加劇2 2、海平面上升、海平面上升 專家預(yù)測(cè)專家預(yù)測(cè)2050年全球溫升年全球溫升24攝氏度攝氏度 ，海平面，海平面上升，紐約，上海，東京和悉尼上升，紐約，上海，東京和悉尼 淹沒(méi)淹沒(méi) 3 3、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多；、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多； 98年洪水；年洪水；2004年年7.9級(jí)強(qiáng)地震，引發(fā)海嘯，級(jí)強(qiáng)地震，引發(fā)海嘯， 印尼印尼23萬(wàn)人死亡或失蹤，萬(wàn)人死亡或失蹤，50萬(wàn)人無(wú)家可歸萬(wàn)

8、人無(wú)家可歸 4 4、土地干旱，沙漠化面積增大、土地干旱，沙漠化面積增大 西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化厄爾尼諾厄爾尼諾 厄爾尼諾現(xiàn)象又稱厄爾尼諾海流，是太平洋厄爾尼諾現(xiàn)象又稱厄爾尼諾海流，是太平洋赤道帶大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去赤道帶大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的一種氣候現(xiàn)象。正常情況下，平衡而產(chǎn)生的一種氣候現(xiàn)象。正常情況下，熱帶太平洋區(qū)域的季風(fēng)洋流是從美洲走向亞熱帶太平洋區(qū)域的季風(fēng)洋流是從美洲走向亞洲，使太平洋表面保持溫暖，給印尼周圍帶洲，使太平洋表面保持溫暖，給印尼周圍帶來(lái)熱帶降雨。但這種模式每來(lái)熱帶降雨。但這種模式每27年被打亂一年被

9、打亂一次，使次，使風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn)風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn)，太平洋表層的，太平洋表層的熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲，隨之便帶走了熱，隨之便帶走了熱帶降雨，出現(xiàn)所謂的帶降雨，出現(xiàn)所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象厄爾尼諾現(xiàn)象”。 厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的海面水溫異常升高，海水水位上漲，并形海面水溫異常升高，海水水位上漲，并形成一股成一股暖流暖流向南流動(dòng)。它使原屬冷水域的向南流動(dòng)。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成暖水域，結(jié)果引起太平洋東部水域變成暖水域，結(jié)果引起海海嘯和暴風(fēng)驟雨嘯和暴風(fēng)驟雨，造成一些地區(qū)干旱，另一，造成一些地區(qū)干旱，另一些地區(qū)又降雨過(guò)

10、多的異常氣候些地區(qū)又降雨過(guò)多的異常氣候 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 在科學(xué)上此詞語(yǔ)用于表示在秘魯和厄在科學(xué)上此詞語(yǔ)用于表示在秘魯和厄瓜多爾附近幾千公里的東太平洋海面瓜多爾附近幾千公里的東太平洋海面溫度的異常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)溫度的異常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，大范圍的海水溫度可比常年生時(shí)，大范圍的海水溫度可比常年高高出出36攝氏度攝氏度。太平洋廣大水域的水。太平洋廣大水域的水溫升高，改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東溫升高，改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東南信風(fēng)，導(dǎo)致全球性的氣候反常。南信風(fēng)，導(dǎo)致全球性的氣候反常。 “厄爾尼諾厄爾尼諾”一詞來(lái)源于西班牙語(yǔ)，原意為一詞來(lái)源于西班牙語(yǔ)，原意為“圣嬰圣嬰”。19世紀(jì)初，在南美

11、洲的厄瓜多爾、世紀(jì)初，在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任靼嘌勒Z(yǔ)系的國(guó)家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每秘魯?shù)任靼嘌勒Z(yǔ)系的國(guó)家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每隔幾年，從隔幾年，從10月至第二年的月至第二年的3月月便會(huì)出現(xiàn)一股便會(huì)出現(xiàn)一股沿海岸南移的沿海岸南移的暖流暖流，使表層，使表層海水溫度明顯升海水溫度明顯升高高。 南美洲的太平洋東岸本來(lái)盛行的是南美洲的太平洋東岸本來(lái)盛行的是秘魯寒流秘魯寒流，隨著寒流移動(dòng)的魚(yú)群使秘魯漁場(chǎng)成為世界三隨著寒流移動(dòng)的魚(yú)群使秘魯漁場(chǎng)成為世界三大漁場(chǎng)之一。大漁場(chǎng)之一。 但這股暖流一出現(xiàn)，性喜冷水的魚(yú)類就會(huì)但這股暖流一出現(xiàn)，性喜冷水的魚(yú)類就會(huì)大大量死亡量死亡，使?jié)O民們?cè)馐軠珥斨疄?zāi)。，使?jié)O民們?cè)馐軠珥斨疄?zāi)。 由

12、于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時(shí)往往在由于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時(shí)往往在圣誕節(jié)圣誕節(jié)前后，前后，于是遭受天災(zāi)而又無(wú)可奈何的漁民將其稱為于是遭受天災(zāi)而又無(wú)可奈何的漁民將其稱為上帝之子上帝之子圣嬰。圣嬰。拉尼娜拉尼娜 拉尼娜是西班牙語(yǔ)拉尼娜是西班牙語(yǔ)“La Nina”-“小女孩小女孩,圣女圣女”的意思的意思,是是厄爾尼諾現(xiàn)象的反相厄爾尼諾現(xiàn)象的反相，指赤道附近東太平洋水溫反常下降的一指赤道附近東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象，表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同種現(xiàn)象，表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同時(shí)也伴隨著全球性氣候混亂，總是出現(xiàn)時(shí)也伴隨著全球性氣候混亂，總是出現(xiàn)在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。 氣象和海洋學(xué)家用來(lái)專門(mén)指發(fā)生

13、在赤道氣象和海洋學(xué)家用來(lái)專門(mén)指發(fā)生在赤道太平洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常太平洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常變冷的現(xiàn)象（海水表層溫度低出氣候平變冷的現(xiàn)象（海水表層溫度低出氣候平均值均值0.5以上，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)以上，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)6個(gè)月個(gè)月以上）。拉尼娜也稱反厄爾尼諾現(xiàn)象。以上）。拉尼娜也稱反厄爾尼諾現(xiàn)象。 最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在1998年，持年，持續(xù)到續(xù)到2000年春季趨于結(jié)束。年春季趨于結(jié)束。 厄爾尼諾與厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對(duì)氣候的影拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對(duì)氣候的影響大致相反，通過(guò)海洋與大氣之間的能響大致相反，通過(guò)海洋與大氣之間的能量交換，改變大氣

14、環(huán)流而影響氣候的變量交換，改變大氣環(huán)流而影響氣候的變化。從近化。從近50年的監(jiān)測(cè)資料看，厄爾尼諾年的監(jiān)測(cè)資料看，厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強(qiáng)度也大于拉尼出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強(qiáng)度也大于拉尼娜。娜。 中國(guó)海洋學(xué)家認(rèn)為，中國(guó)在中國(guó)海洋學(xué)家認(rèn)為，中國(guó)在1998年遭受年遭受的特大洪澇災(zāi)害的特大洪澇災(zāi)害，是由，是由“厄爾尼諾厄爾尼諾拉拉尼娜現(xiàn)象尼娜現(xiàn)象”和長(zhǎng)江流域生態(tài)惡化兩大成和長(zhǎng)江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。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)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)均質(zhì)層：至均質(zhì)層：至80-85km80-85km，主，主要成分氮和氧要成分氮和氧的組成比例幾的組成比例幾乎不變乎不變同溫臭氧層同溫臭氧層臭氧 吸收300平流層頂（+ ）（- ）平流層對(duì)流層對(duì)流層頂散逸層（+ ）（- ）（+ ）熱成層電離層中間層中間層頂200250絕對(duì)溫度（K ）50030007080506020409030040020010001030高

16、度 （ km ）高度（k m ）高度(km)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強(qiáng)烈照紫外線的強(qiáng)烈照射，射，N2和和O2產(chǎn)生產(chǎn)生不同程度的離解不同程度的離解對(duì)流層平流層/同溫層中間層熱層熱層/暖層暖層/電離層電離層逃逸層/逸散層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（白內(nèi)障）（白內(nèi)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