大气污染和全球气候第一节 温室气体和全球气候变化第一节 臭氧层破坏问题第一节 致酸前体物与酸雨第一节 温室气体与全球气候变化一、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 540970ppm气温20世纪增加了0.60.2oC海平面20世纪上升了1020cm第一节 温室气体与全球气候变化一. 全球气候变化问题近代南北半球及全球平均温度的变化地球的温度是由地球吸收的太阳短波辐射的速率和地球反射入太空的长波辐射的速率决定的。太阳辐射是最大波长为400800nm的可见光。大气中的水蒸气、二氧化碳以及其它微量气体如甲烷、臭氧、氟利昂等，可以使太阳的短波发射几乎没有衰减地通过，但它们可以吸收长波辐射，其作用有类似温室的效应，被称为“温室气体”。1.温室效应（Greenhouse Effect）机 理第一节 温室气体与全球气候变化温室气体吸收长波辐射并再反射回地面，从而减少向外层空间的能量净排放，使大气层和地面温度升高，这就是“温室效应”。目前已经发现近30种温室气体，其中二氧化碳起重要作用，其贡献率约为50%60%。甲烷、氟利昂和氧化亚氮也起着相当的作用。1.温室效应（Greenhouse Effect）机理第一节 温室气体与全球气候变化1.温室效应（Greenhouse Effect）机理2. 人类活动的影响自然界本身会产生各种温室气体，但自然界同时也在吸收和分解它们。在地球的长期演变过程中，大气中温室气体的变化是很缓慢的，处于基本平衡的循环状态。工业革命后，大量森林植被被迅速砍伐，化石燃料的使用量也以惊人的速度在增长，从而导致人为的温室气体排放量的不断增加。第一节 温室气体与全球气候变化2. 人类活动的影响大气中CO2、CH4、N2O和CFSCs的浓度变化趋势 （资料来源：IPCC，1990）2. 人类活动的影响大气中CO2、CH4、N2O和CFSCs的浓度变化趋势 （资料来源：IPCC，1990）2. 人类活动的影响2. 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：Marland et al., 1999）第一节 温室气体与全球气候变化2. 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） 第一节 温室气体与全球气候变化3.气候变化对自然界和人类的影 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1015 海平面上升由温暖化引起的海洋热膨胀和极地冰川融化，会使海平面高度上升。 过去100年 1020cm 19902100 预计89cm第一节 温室气体与全球气候变化3.气候变化对自然界和人类的影响 降水格局变化 中高纬降雨量增大 北半球亚热带降雨量增大，南半球减少 气候灾害 过多降水、大范围干旱、持续高温 影响人体健康 加大人群的发病率和死亡率 影响农业生产和生态系统 一些地区生长季节延长，另一些地区的自然生态系统可能会无法适应气候增温的变化。第一节 温室气体与全球气候变化二. 影响气候变化的大气成分第一节 温室气体与全球气候变化1. CO2CO2是最主要的温室气体。自工业革命以来，大气 中CO2的浓度一直在增加。2. CH4大气中CH4的浓度有季节变化和若干年的周期性变 化。CH4的浓度间接地取决于太阳光的强度，以及O3、NOx、CO2和碳氢化合物的浓度。3. N2ON2O的浓度每年以0.2%0.3%的比例增加。N2O主要产生于土壤中硝酸盐的脱氮和氨盐的硝化。氮肥施用量的的增加将增加大气中N2O的浓度。4. 氟利昂类氟利昂类是温室效应极强的温室气体。虽然其浓度显著低于其它温室气体，但对温室效应的贡献率达到了12%20%。第一节 温室气体与全球气候变化5. 气溶胶气溶胶的冷却效应与温室效应在同一量级上。总的来看，气溶胶的存在，使地球表面变冷。三、应对措施与策略1. 控制气候变化的途径（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一节 温室气体与全球气候变化三、应对措施与策略不同燃料产生单位热量CO2排放量三、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，调整产业结构等第一节 温室气体与全球气候变化2. 控制气候变化国际行动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一节 温室气体与全球气候变化京都议定书规定的温室气体排放限值2. 控制气候变化国际行动第二节 臭氧层破坏问题 一、臭氧层主要特征和臭氧层破坏现象离地面2030km的平流层中占当地空气含量的1/105全球臭氧层的平均厚度约为300DU（Dobson unit 273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU）。臭氧层最低值出现在赤道附近，其厚度随纬度增加而增加。但在靠近两极地区时，臭氧层厚度又开始减少。第二节 臭氧层破坏问题图12-9 太阳辐射透过臭氧层的强度变化第二节 臭氧层破坏问题臭氧层破坏现象19551995每年十月份南极臭氧浓度。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总浓度下降了50。 （资料来源：NASA, 2000）第二节 臭氧层破坏问题臭氧层破坏现象从20世纪70年代中期至90年代中期，南极臭氧气柱总量从300DU左右下降到120DU。近几年，南极臭氧空洞的深度、面积和持续时间都在继续扩展。1998年南极上空臭氧空洞平均面积首次超过2400km2，持续时间超过100天。北极上空也存在臭氧层损耗现象，但较南极为轻。然而近几年来，北极臭氧层损耗有急剧减少的趋势。值得注意的是，在欧洲、澳洲和亚洲等地区的上空也发现了臭氧层损耗的现象。第二节 臭氧层破坏问题二、平流层臭氧形成和破坏机理纯氧理论（Chapman Mechanism）臭氧吸收紫外线的反应M为反应第三体氧气分子和 氮气分子，其作用是与生 成的臭氧相碰撞，接受过 剩的能量以使臭氧稳定。第二节 臭氧层破坏问题催化清除理论 20世纪70年代建立活性催化物质的链式反应Y活性物质，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族。Y在反应中并不消耗，有些可在平流层中存在数年。二、平流层臭氧形成和破坏机理第二节 臭氧层破坏问题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第二节 臭氧层破坏问题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人类活动产生的含氯氟烃（CFCs）和含溴氟烷（哈龙，Halons)第二节 臭氧层破坏问题3. 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二节 臭氧层破坏问题三、臭氧层破坏的危害臭氧含量减少1，地面紫外线增加23危害人体健康皮肤癌、白内障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，气候变化第二节 臭氧层破坏问题四、消耗臭氧层的物质（ODS）ODSsCFCs、哈龙、CCl4、甲基氯仿、溴甲烷、部分取代的氯氟烃ODSs的破坏能力不同的ODSs对臭氧层的损耗能力是不同的。有些在对流层不发生变化，在平流层吸收短波紫外线而分 解，引起臭氧层破坏。而一些氯氟烃在对流层中已与 HO自由基发生分解反应，它们在大气层中的的寿命不 长，对臭氧层的破坏能力较小。ODSs在大气中也有温室效应。第二节 臭氧层破坏问题ODSs的破坏能力第二节 臭氧层破坏问题五、臭氧层破坏的应对措施与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， 25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二节 臭氧层破坏问题蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧的气体五、臭氧层破坏的应对措施与策略第二节 臭氧层破坏问题五、臭氧层破坏的应对措施与策略图12-11 消耗臭氧层物质消耗趋势 第二节 臭氧层破坏问题第三节 致酸前体物与酸雨酸雨pH小于5.6的降水，广义的包括酸性物质的干湿沉降酸雨中绝大部分酸性物质是硫酸和硝酸地理分布几乎整个欧洲美国和加拿大东部东亚，中国南方地区第三节 致酸前提前物与酸雨九十年代末我国酸雨区域分布酸雨的危 害 淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹影响土壤特性，贫瘠化破坏森林的生长腐蚀建筑材料及金属结构危害人体健康角膜和呼吸道刺激二、致酸前体物质SO2自然源微生物、火山、森林火灾、海水飞沫人为源燃料燃烧，化工NOx自然源闪电、林火、火山，占总量的50人为源燃烧，机动车，50第三节 致酸前提前物与酸雨致酸前体物质的排放致酸前体物质的排放三、控制措施与策略1. 针对酸沉降前体物质洗煤开发低硫燃料改进燃烧技术烟气脱硫改进发动机技术，安装尾气净化装置第三节 致酸前提前物与酸雨2. 酸雨控制国际行动1972年，联合国人类环境会议，首次提出酸雨问题1979年，33个国家，长距离跨国大气污染公约（LRTAP）1985年，欧洲20个国家，硫排放控制协定第三节 致酸前提前物与酸雨