第三讲第三讲 大气的基本化学过程大气的基本化学过程大气化学：研究大气中温室气体、痕量气体浓度的变化、气溶大气化学：研究大气中温室气体、痕量气体浓度的变化、气溶胶化学过程、大气海洋中这些物质的循环以及它们的气候效应。胶化学过程、大气海洋中这些物质的循环以及它们的气候效应。是大气环境研究的基础，是大气科学的进步是大气环境研究的基础，是大气科学的进步1大气中温室气体的循环大气中温室气体的循环1.1 二氧化碳二氧化碳(CO2)在大气中的循环在大气中的循环源源: 矿物燃料的燃烧矿物燃料的燃烧 释放速率释放速率109t/a, 有一半生命史有一半生命史 100a 95%的排放集中在北半球的排放集中在北半球 土地利用和森林破坏土地利用和森林破坏 释放速率释放速率109t/a 自然释放自然释放, 生物呼吸作用生物呼吸作用, 火山活动火山活动汇汇 海洋的吸收海洋的吸收: 限于海洋表层限于海洋表层100m,吸收量吸收量X109t/a 生物圈的吸收生物圈的吸收: 植物的光合作用植物的光合作用,吸收量吸收量 99t/a 地表岩石风化的吸收地表岩石风化的吸收大气中大气中CO2的空间变化的空间变化 南极冰芯观测到的南极冰芯观测到的CO2浓度变化浓度变化夏威夷观测到的夏威夷观测到的CO2浓度变化浓度变化夏威夷观测到的夏威夷观测到的CO2浓度变化和全球释放量浓度变化和全球释放量近千年近千年CO2的变化与的变化与150年来化石燃料的释放年来化石燃料的释放1970年到年到2004年人为温室气体的排放及来源年人为温室气体的排放及来源未来百年未来百年CO2浓度变化浓度变化未来千年的未来千年的CO2大气中大气中CO2空间变化空间变化垂直混合均匀垂直混合均匀纬向均匀纬向均匀, 经向稍有变化经向稍有变化95%在北半球在北半球1.2 甲烷甲烷(CH4)在大气中的循环在大气中的循环源源: 释放量释放量 410X106 660X106t/a 自然自然:水田水田 湿地湿地 白蚁白蚁 海洋海洋 淡水淡水 人为人为:煤矿开采煤矿开采 天然气天然气 石油开采与运输石油开采与运输 牛和其它家畜牛和其它家畜 稻田稻田 垃圾处理垃圾处理 汇汇: 吸收和破坏量吸收和破坏量 375X106 575X106t/a 85%在对流层被破坏在对流层被破坏,10%进入平流层进入平流层,少量被土壤吸少量被土壤吸收收随时间的变化随时间的变化甲烷浓度变化和增长速度甲烷浓度变化和增长速度青藏高原青藏高原(2821N, 8546E;海拔海拔7200m)冰芯记录的甲烷变化冰芯记录的甲烷变化1.3 氧化亚氮氧化亚氮(NO)在大气中的循环在大气中的循环源源: 化工生产化工生产北半球氧化亚氮的浓度变化北半球氧化亚氮的浓度变化1.4 温室气体与气候变化温室气体与气候变化温室效应比重温室效应比重: CO2 70% CH4 23,其它其它7%气候变化的气候变化的作用作用2 大气气溶胶大气气溶胶源源: 自然自然 -地表扬尘地表扬尘 森林火灾森林火灾 火山爆发火山爆发 人为人为工业生产工业生产 汽车尾气汽车尾气(光化学烟雾光化学烟雾) 辐射强迫辐射强迫2气溶胶减弱太阳辐射气溶胶减弱太阳辐射：反射短波、散射长波辐射：反射短波、散射长波辐射 云雾的形成云雾的形成城市雾城市雾3 平流层臭氧（平流层臭氧（O3）3.1 臭氧的分布臭氧的分布低纬地区低纬地区 25km; 中高纬地区中高纬地区 20km3.2 臭氧对太阳辐射的影响臭氧对太阳辐射的影响吸收紫外辐射吸收紫外辐射 80-240nm臭氧：对流层增温作用臭氧：对流层增温作用臭氧耗损：平流层降温臭氧耗损：平流层降温 臭氧洞：臭氧洞：平流层南极地区平流层南极地区10-11月的低浓度月的低浓度 臭氧吸收紫外辐射的分解，春季分解加强，夏季从热带补充臭氧吸收紫外辐射的分解，春季分解加强，夏季从热带补充 极地地区的平流层为高大的西风环流分割，不易得到补充极地地区的平流层为高大的西风环流分割，不易得到补充 南极地区平流层具备南极地区平流层具备-80C的环境的环境 人类活动增加卤素作为催化剂：冷冻剂、泡沫剂、杀虫剂人类活动增加卤素作为催化剂：冷冻剂、泡沫剂、杀虫剂2010冬季至冬季至2011年年3月底，由于大气平流层气温过低等因素，月底，由于大气平流层气温过低等因素，北极上空的臭氧层有北极上空的臭氧层有40%受损，破损程度且改写先前的受损，破损程度且改写先前的30%纪录，创下历史新高。纪录，创下历史新高。“世界气象组织世界气象组织”指出，北极地表温度在刚过去的这个指出，北极地表温度在刚过去的这个冬季非同寻常的暖和。但在大气层的高处，却非常寒冷，从冬季非同寻常的暖和。但在大气层的高处，却非常寒冷，从而引发史上最为严重的平流层臭氧耗竭。而引发史上最为严重的平流层臭氧耗竭。另外，工业产生的化学物质也对臭氧层造成损害，在冬另外，工业产生的化学物质也对臭氧层造成损害，在冬季尤为严重季尤为严重臭氧的形成臭氧的形成臭氧密度随高度变化臭氧密度随高度变化3.3 臭氧的破坏与臭氧洞臭氧的破坏与臭氧洞臭氧的减少与皮肤癌发病率的关系臭氧的减少与皮肤癌发病率的关系氟里昂类对臭氧的氟里昂类对臭氧的破坏破坏臭氧洞臭氧洞臭氧洞臭氧洞: 春季南极平流层上空可观测到的臭氧比正常减少一半的现象春季南极平流层上空可观测到的臭氧比正常减少一半的现象1985年发现年发现现存现存: 南极上空南极上空 中纬度地区中纬度地区 青藏高原青藏高原人类保护臭氧层的计划人类保护臭氧层的计划:“蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书”4 酸雨酸雨4.1 酸雨的危害酸雨的危害水资源酸化水资源酸化影响土壤酸度影响土壤酸度影响农作物影响农作物森林生长森林生长腐蚀建筑物和金属材料腐蚀建筑物和金属材料危害人体健康危害人体健康4.2 酸雨的形成酸雨的形成降水溶液降水溶液PH值小于值小于形成过程形成过程: 云中凝结核云中凝结核(海盐海盐HNO硫酸盐硫酸盐),云滴周围的云滴周围的CO2SO2NH2 降雨过程与酸性气溶胶的碰撞、吸收降雨过程与酸性气溶胶的碰撞、吸收风对酸雨的影响风对酸雨的影响降水对酸雨的影响降水对酸雨的影响地表土壤对酸雨的影响地表土壤对酸雨的影响4.3 酸雨的分布酸雨的分布世界三大酸雨区世界三大酸雨区:欧洲欧洲北美北美东亚东亚1993年中年中国酸雨的国酸雨的分布分布