第12章 大气污染与全球气候 大气污染控制工程电子教案

第十二章大气污染与全球气候 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 第一节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540 970ppm气温20世纪增加了0 6 0 2oC海平面20世纪上升了10 20cm 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 GreenhouseEffect 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 Marlandetal 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 CO2emissionbyenergytypeinChina 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10 20cm1990 21008 9cm 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8 12 m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3 C 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 第二节臭氧层破坏问题 臭氧层主要特征离地面20 30km的平流层中占当地空气含量的1 105厚度单位DU Dobsonunit 273K 1atm下 10 3cm厚的O3层称为一个DU1DU 10 3atmcm 2 69 1016molecules 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 1955 1995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 ChapmanMechanism 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 ODSsCFCs 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 Ozonedepletionpotential 全球变暖潜势 Globalwarmingpotential 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2 3 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 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 第三节致酸前体物与酸雨 酸雨 pH小于5 6的降水 广义包括酸性物质的干湿沉降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 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