温室气体臭氧空洞.ppt

第12章 大气污染和全球气候,教学内容: 1温室气体与全球气候变化 2臭氧层破坏问题 3致酸前体物与酸雨,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,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,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,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 540970ppm 气温 20世纪增加了0.60.2oC 海平面 20世纪上升了1020cm,全球气候变化问题,近代南北半球及全球平均温度的变化,温室效应（Greenhouse Effect）机理,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）,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,人类活动的影响,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）,人类活动的影响,人类活动的影响,人类活动的影响,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）,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）,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）,人类活动的影响,CO2 emission by energy type in China, 1996,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 1020cm 19902100 89cm,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,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,影响气候变化的大气成分,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）,CO2,CH4,气溶胶,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812m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。,各成分的贡献,预计到2030年全球气温大约平均升高3C,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,应对措施与策略,不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量,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,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,国际行动,京都议定书规定的温室气体排放限值,2臭氧层破坏问题,臭氧层主要特征 离地面2030km的平流层中 占当地空气含量的1/105 厚度单位 DU（Dobson unit） 273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU 1DU10-3 atm cm2.691016molecules,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,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,影响臭氧浓度的物理化学过程,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,臭氧层的分布,大气中臭氧浓度分布（单位1012个分子/cm3）,臭氧层的作用,大气对紫外线辐射的吸收,臭氧层的作用,臭氧层破坏现象,19551995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）,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,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,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),消耗臭氧层的物质（ODS）,ODSs CFCs、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（Ozone depletion potential） 全球变暖潜势（Global warming potential),ODSs的破坏能力,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,大气中CFCs分子的变化图,CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性,南极臭氧空洞,南极上空臭氧浓度垂直分布的变化,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,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,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,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,消耗臭氧物质的排放削减,臭氧层的恢复,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,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,2. Nox的氧化,20世纪90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,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,致酸前体物质的排放,控