第十四章 大气污染与全球气候

1、1. 温室气体与全球气候变化温室气体与全球气候变化2.臭氧层破坏问题臭氧层破坏问题3.致酸前体物与酸雨致酸前体物与酸雨全球气候变化问题全球气候变化问题v大气中CO2含量v气温和海平面近代南北半球及全球平均温度的变化近代南北半球及全球平均温度的变化 地球的温度是由太阳辐射照到地球表面的速率和吸热地球的温度是由太阳辐射照到地球表面的速率和吸热后的地球将红外辐射线散发到空间的速率决定的。后的地球将红外辐射线散发到空间的速率决定的。反 射 太 阳 辐射：107W/m2 云、气溶胶和大气反射 入 射 太 阳 辐射：342W/m2 大气放射 出射长 波辐射： 107W/m2 大气吸收 温室气体 大气窗口

2、地表 辐射 地表吸收 地表反射 反辐射 地表吸收 暖气流 蒸发蒸腾作用 潜热 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）流动。大约有约有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。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：（资料来源：IPCC, 1996a）IPCC(United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change,政府间气候变化专门委员会政府间气候变化专门委员会)

3、是世界气象组织（是世界气象组织（WMO）和联）和联合国环境规划署（合国环境规划署（UNEP）于）于1988年联合建立的政府间机构，其主要任务是对气候变化的科学认识、气候变化的影响以及适应和年联合建立的政府间机构，其主要任务是对气候变化的科学认识、气候变化的影响以及适应和减缓气候变化的可能对策进行评估。减缓气候变化的可能对策进行评估。 CO2 CH4 N2O CFC-11 HCFC-22 CF4 工业化前的浓度 280ppmv 700ppbv 275ppbv 0 0 0 1994年的浓度 358ppmv 1720ppbv 312ppbv 268pptv 110pptv 72pptv 最近的浓度变

4、化率 1.5ppmv/a(0.4%/a) 10ppbv/a(0.6%/a) 0.8ppbv/a(0.25%/a) 0ppvb/a(0%/a) 5pptv/a(0%/a) 1.2pptv/a(2%/a) 大气寿命（年）b 50 200c 12 120 50 12 50000 a ppmv 每百万体积中的份额； ppbv每十亿体积中的份额； pptv每万亿体积中的份额。 b 初始质量以指数形式衰减到其初始值的1/e0.368所需的时间。 c 对于CO2，不能确定其唯一的大气寿命。因为不同的汇，其吸收速率不同。 资料来源：IPCC，1996 。 1850年以来大气中温室气体浓度的增加 大气中CO2、

5、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）温室气体温室气体年排放量年排放量/Mta-1全世界全世界美国美国二氧化碳（二氧化碳（CO2）298005300甲烷（甲烷（CH4）37531一氧化二氮（一氧化二氮（N2O）5.70.5CFC-11, -12, -1130.70.1HCFC-220.20.1HFCs, PFCs, SF6NA0.034主要温室气体的年排放量主要温室气体的年排放量 PFCs(全氟化物全氟化物)ODS的命名包括两部分：即代号和代码。的命名包括两部分：即代号和代码。全氯氟烃取英文名称的字

6、头全氯氟烃取英文名称的字头CFC；类似地，含氢氯氟烃为；类似地，含氢氯氟烃为HCFC；含氢氟烃含氢氟烃HFC；全氟烃；全氟烃PFC。代号后面的代码由三位数字组成，其中个位数表示分子中氟原子代号后面的代码由三位数字组成，其中个位数表示分子中氟原子的个数，十位数表示分子中氢原子的个数加的个数，十位数表示分子中氢原子的个数加1，百位数表示分子中，百位数表示分子中碳原子的个数减碳原子的个数减1。例如：例如：CFCl3(一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷)的代号为的代号为CFC，代码百位数为，代码百位数为0，省略；，省略；十位数为十位数为1，个位数为，个位数为1，故命名为，故命名为CFC-11。含溴氯氟烃的代号为

7、含溴氯氟烃的代号为Halon(哈龙哈龙)，编码方式为按碳、氟、氯、溴、，编码方式为按碳、氟、氯、溴、碘的次序排成五位数，无碘则第五位不做表示。例如：碘的次序排成五位数，无碘则第五位不做表示。例如：CF2BrCF2Br的名称为的名称为Halon 2402。CO2年排放量（MtC/年） （a） 美国 中国 俄罗斯 日本 印度 德国 英国 加拿大 意大利 韩国 1997年年10个个CO2排放量最大的国家的总年排放量（排放量最大的国家的总年排放量（a）和各国人均年）和各国人均年排放量（排放量（b）（资料来源：）（资料来源：Marland et al., 1999）CO2 emission by ene

8、rgy type in China, 199604008001200160020002400CoalCoke Oil, etc.N.Gas, etc.Mt-CO2Thermal power & heatOther energy industryIndustrResidentialCommerce, service, etc.Transport&communiAgriculture, etc.Construction74.9%8.3%13.1%3.6%雪盖和冰川面积减少雪盖和冰川面积减少v雪盖 20世纪60年代以来 减少10v冰川 20世纪50年代以来 减少10%15海平面上升海平面上升v过去1

9、00年 1020cmv19902100 89cm降水格局变化降水格局变化v中高纬降雨量增大v北半球亚热带降雨量下降，南半球增加气候灾害气候灾害v过多降水、大范围干旱、持续高温影响人体健康影响人体健康影响农业生产和生态系统影响农业生产和生态系统与与1982-1983年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区厄尔尼诺现象是指厄尔尼诺现象是指地处太平洋热带地区的海水大范围异地处太平洋热带地区的海水大范围异常增温现象常增温现象。这一现象造成了地球温度的升高，使影响。这一现象造成了地球温度的升高，使影响气候的各种因素失衡，从而导致气候异常。据历史记载，气候的各种因素失衡，从而导致气候异

10、常。据历史记载，自自1950年以来，世界上频繁发生厄尔尼诺现象。主要表年以来，世界上频繁发生厄尔尼诺现象。主要表现在：从北半球到南半球，从非洲到拉美，气候变得古现在：从北半球到南半球，从非洲到拉美，气候变得古怪而不可思议，该凉爽的地方骄阳似火，温暖如春的季怪而不可思议，该凉爽的地方骄阳似火，温暖如春的季节突然下起大雪来，雨季到来却迟迟滴雨不下，正值旱节突然下起大雪来，雨季到来却迟迟滴雨不下，正值旱季却洪水泛滥季却洪水泛滥 科学家们认为，厄尔尼诺现象的发生与人类自然环境科学家们认为，厄尔尼诺现象的发生与人类自然环境的日益恶化有关，是地球温室效应增加的直接结果，与的日益恶化有关，是地球温室效应增加

11、的直接结果，与人类向大自然过多索取而不注意环境保护有关。人类向大自然过多索取而不注意环境保护有关。二氧化碳、氧化亚氮、氟利昂、臭氧等二氧化碳、氧化亚氮、氟利昂、臭氧等 1. 控制温室气体的排放控制温室气体的排放v改变能源结构v提高能源转换效率v提高能源使用效率v减少森林植被的破坏v控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放不同燃料燃烧单位不同燃料燃烧单位GJ的的CO2排放量排放量不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量9574645700102030405060708090100煤油液化气天然气生物质CO2排放量/(kg/GJ)2. 增加温室气体的吸收增加温室气体的吸收v植树造林v采用固碳技术v适应气候变化19

12、92年年6月，联合国环境与发展大会通过月，联合国环境与发展大会通过联合国气候变化框架联合国气候变化框架公约公约 （United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC） 公约将参加国分为三类：公约将参加国分为三类： 1. 工业化国家。这些国家答应要以工业化国家。这些国家答应要以1990年的排放量为基础进行削减。承担削减年的排放量为基础进行削减。承担削减排放温室气体的义务。如果不能完成削减任务，可以从其他国家购买排放指标。排放温室气体的义务。如果不能完成削减任务，可以从其他国家购买排放指标。美国曾于美国曾于1998年签署了年签署

13、了京都议定书京都议定书。但。但2001年年3月，布什政府以月，布什政府以“减少温室减少温室气体排放将会影响美国经济发展气体排放将会影响美国经济发展”和和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务体的义务”为借口，宣布拒绝批准为借口，宣布拒绝批准京都议定书京都议定书。 2. 发达国家。这些国家不承担具体削减义务，但承担为发展中国家进行资金、发达国家。这些国家不承担具体削减义务，但承担为发展中国家进行资金、技术援助的义务。技术援助的义务。 3. 发展中国家。不承担削减义务，以免影响经济发展，可以接受发达国家的资发展中国家。不承担削减义务，以免影响经济发展，可

14、以接受发达国家的资金、技术援助。金、技术援助。 1997年，签署年，签署京都议定书京都议定书，是是联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约的补充的补充条款。议定书共规定了条款。议定书共规定了6种温室气体，分别是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟种温室气体，分别是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟化硫、氢氟碳化物和全氟化碳。议定书需要占化硫、氢氟碳化物和全氟化碳。议定书需要占1990年全球温室气体排放量年全球温室气体排放量55以以上的至少上的至少55个国家和地区批准之后，才能成为具有法律约束力的国际公约。个国家和地区批准之后，才能成为具有法律约束力的国际公约。 149个国家和地区的代表通过了旨在限制

15、发达国家温室气体排放量以抑制个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的全球变暖的京都议定书京都议定书，议定书强制要求发达国家减排，对，议定书强制要求发达国家减排，对2008年到年到2012年第一承诺期发达国家的减排目标作出了具体规定，即整体而言发达年第一承诺期发达国家的减排目标作出了具体规定，即整体而言发达国家温室气体排放量要在国家温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少年的基础上平均减少5.2。不过，不同国。不过，不同国家有所不同。比如，欧盟作为一个整体要将温室气体排放量削减家有所不同。比如，欧盟作为一个整体要将温室气体排放量削减8，日，日本和加拿大各削减本和

16、加拿大各削减6，而美国削减，而美国削减7。 议定书议定书于于2005年年2月生效，具有法律约束力。美国是目前唯一游离于月生效，具有法律约束力。美国是目前唯一游离于议定书议定书之外的发达国家。之外的发达国家。从目前情况来看，发达国家不仅无法达到第一承诺期的减排目标，相当一从目前情况来看，发达国家不仅无法达到第一承诺期的减排目标，相当一部分国家的温室气体排放量反而在部分国家的温室气体排放量反而在1990年的基础上增加不少。在这种背景年的基础上增加不少。在这种背景下，发达国家对一期减排目标闭口不谈，还将下，发达国家对一期减排目标闭口不谈，还将2020年中期目标，甚至年中期目标，甚至2050年的远期愿

17、景搬了出来，以避重就轻，试图转移公众的注意力。年的远期愿景搬了出来，以避重就轻，试图转移公众的注意力。 国家 20082012 年的排放限值a 保加利亚，捷克，爱沙尼亚，欧盟（15 个国家） ，拉脱维亚，列支敦士登，摩纳哥，罗马尼亚，斯洛伐克，斯洛文尼亚，瑞士 削减 8 美国 削减 7 加拿大，匈牙利，日本，波兰 削减 6% 克罗地亚 削减 5 新西兰，俄罗斯，乌克兰 不变 挪威 增加 1 澳大利亚 增加 8% 冰岛 增加 10 a 相对于 CO2、CH4和 N2O 的 1990 年的排放量，和相对于 PFCs、HFCs 和 SF6的 1995 年的排放量。 京都议定书京都议定书规定的温室气体

18、排放限值规定的温室气体排放限值臭氧层主要特征臭氧层主要特征v离地面2030km的平流层中v占所在高度空气总量的1/105v厚度单位大气的两个最低层，对流层和平流层的温度曲线。大部分大大气的两个最低层，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气质量都集中在对流层，但是臭氧却主要集中在平流层 大气对紫外线辐射的吸收大气对紫外线辐射的吸收 紫外线是指波长在紫外线是指波长在200nm380nm之间的太阳光线，包括之间的太阳光线，包括3类：类：UVA波长为波长为315nm380nm，UVB波长为波长为280nm315nm，UVC波长波长200nm280nm。到达

19、地球表面的太阳光线（。到达地球表面的太阳光线（290nm2000nm）中紫外线约占）中紫外线约占13，其中其中UVA占占97，UVB占占3，UVC接近于接近于0。对人皮肤损伤的只有。对人皮肤损伤的只有UVA、UVB。 太阳辐射强度太阳辐射强度 / J-3 s-1 (5nm)-119551995每年十月份南极臭氧浓度（单位：每年十月份南极臭氧浓度（单位：DU）。数据点包括）。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。纯氧理论（纯氧理论（Chapman Mechanism）臭氧吸收紫外线的反应臭氧吸收紫外线的反应223O

20、OOOOMOMhv32322OOOOOOOhvM是氮气和氧气分子，其作用是与生成的臭氧是氮气和氧气分子，其作用是与生成的臭氧相碰撞，接受过剩的能量，使臭氧稳定。相碰撞，接受过剩的能量，使臭氧稳定。催化清除理论催化清除理论v20世纪70年代建立v活性催化物质的链式反应vY活性物种，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族32232YOYOOYOOYOOO2O总反应： 奇氢奇氢HOxv大气中H2O与被激活的O原子反应奇氮奇氮NOxv宇宙射线分解N2v飞机等人类活动排放奇卤奇卤XOxv人类活动产生的全氯氟烃CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)ODSsvCFCs、哈龙vCCl4、甲基氯仿（1

21、,1,1三氯乙烷）、溴甲烷v部分取代的氯氟烃ODSs的破坏能力的破坏能力v臭氧耗减潜能（Ozone depletion potential）v全球变暖潜势（Global warming potential) 一个一个Cl自由基可以消耗数十万个自由基可以消耗数十万个O3化化学学名名字字 化化学学式式 主主要要用用途途和和来来源源 1992年年大大气气中中浓浓度度/ppt 大大气气中中寿寿命命，/a CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 四四氯氯化化碳碳 甲甲基基氯氯仿仿 Halon-1211 Halon-1301 Halon-2402 HCFC-22 HCFC-141b H

22、CFC-142b CCl3F CCl2F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 CCl4 CH3CCl3 CBrF2Cl CBrF3 C2Br2F4 CHF2Cl C2H3FCl2 C2H3F2Cl 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；发发泡泡剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂；发发泡泡剂剂 溶溶剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂 溶溶剂剂 溶溶剂剂 阻阻燃燃剂剂 阻阻燃燃剂剂 阻阻燃燃剂剂 气气溶溶胶胶喷喷射射剂剂；制制冷冷剂剂； 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂；阻阻燃燃剂剂 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂 发发泡泡剂剂；溶溶剂剂 268 503 82 20 132 135 7 3 0.7 100 2

23、 6 50 102 85 300 42 4.9 20 65 20 12.1 9.4 18.4 臭氧含量减少臭氧含量减少1，地面紫外线增加，地面紫外线增加23危害危害v人体健康皮肤癌、白内障v陆生生态系统影响植物防病菌和昆虫袭击能力v水生生态系统减少浮游生物的产量，进而影响食物链和整个水生生态系统v城市空气和建筑材料过量UV-B辐射，会引起光化学烟雾，使材料老化v大气结构破坏地球的辐射收支平衡，影响气候变化开发消耗臭氧层物质的替代技术开发消耗臭氧层物质的替代技术v无氟利昂制冷设备制定淘汰消耗臭氧层物质的措施制定淘汰消耗臭氧层物质的措施v环境管理手段(如禁用、限制及处罚等) 经济手段(如征税、资助

24、替代物质等)国际行动国际行动v1985年， 28个国家通过了保护臭氧层的维也纳公约v1987年， 46个国家联合签署了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约，对8种破坏臭氧层的物质提出了削减使用的时间要求。后经过三次修改，扩大了受控物质的范围。2000年之前需停止生产的气体 2030年必须淘汰的气体 CFC-11 HCFC-22 CFC-12 HCFC-123 CFC-113 HCFC-124 CFC-114 HCFC-141b CFC-115 HCFC-142b 四氯化碳 HCFC-225ca 三氯乙烷 HCFC-225cb 哈龙1211 哈龙1301 哈龙2402 酸雨酸雨pH小于小于5.6的降水，广义包括酸性物质的的降水，广义包括酸性物质的干湿沉降干湿沉降地理分布地理分布v几乎整个欧洲v美国和加拿大东部v东亚，中国南方地区淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹影响土壤特性，贫瘠化影响土壤特性，贫瘠化破坏森林的生长破坏森林的生长腐蚀建筑材料及金属结构腐蚀建筑材料及金属结构危害人体健康危害人体健康角膜和呼吸道刺激角膜和