1、第十二章第十二章 大气污染与全球气候大气污染与全球气候 12.1 12.1 温室气体与全球气候变化温室气体与全球气候变化 12.2 12.2 臭氧层破坏问题臭氧层破坏问题 12.3 12.3 致酸前体物与酸雨致酸前体物与酸雨全球变暖对环境的影响全球变暖对环境的影响12.1 12.1 温室气体与全球气候变化温室气体与全球气候变化 12.1.1 12.1.1 全球气候变化问题全球气候变化问题 大气中大气中COCO2 2含量含量 17501750年以前年以前 280ppm280ppm 目前目前 360ppm360ppm 预计预计2121世纪中叶世纪中叶 540540970ppm970ppm 气温气温
2、 2020世纪增加了世纪增加了0.60.6 0.20.2o oC C 海平面海平面 2020世纪上升了世纪上升了101020cm20cm全球气候变化问题全球气候变化问题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12.1.2 12.1.2 温室效应温室效应 12.1.2.1 12.1.2.1 温室效应的定义：温室效应的定义：温室气体吸收长波辐射并在反射回温室气体吸收长波辐射并在反射回地球，从而减少向外层空间的能量地球，从而减少向外层空间的能量净排放，使得大气层和地球表面变净排放，使得大气层和地球表面变热，这就是热，这就是“温室效应温室效应”。12.1.2.2 12.1.2.
3、2 温室效应机理温室效应机理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12.1.3 人类活动的影响 COCO2 2 CHCH4 4 N N2 2O O CFCCFC-1111 HCFCHCFC-2222 CFCF4 4 工业化前工业化前的浓度的浓度 280ppmv280ppmv 700ppbv700ppbv 275ppbv275ppbv 0 0 0 0 0 0 19941994年的年的浓度浓度 358ppmv358ppmv 1720ppbv1720ppbv 312ppbv312ppbv 268pptv268pptv 11
4、0p110pptvptv 72pptv72pptv 最近的浓最近的浓度变化率度变化率 1.5ppmv/a1.5ppmv/a(0.4%/a)(0.4%/a)10ppbv/a(10ppbv/a(0.6%/a)0.6%/a)0.8ppbv/a(0.8ppbv/a(0.25%/a)0.25%/a)0ppvb/a(00ppvb/a(0%/a)%/a)5pptv/a(05pptv/a(0%/a)%/a)1.2pptv/a(1.2pptv/a(2%/a)2%/a)大气寿命大气寿命中的（年）中的（年）b b 5050 200200c c 1212 120120 5050 1212 5000050000 a a
5、 ppmvppmv每百万体积中的份额；每百万体积中的份额；ppbvppbv每十亿体积中的份额；每十亿体积中的份额；pptvpptv 每万亿体积中的份每万亿体积中的份额。额。b b 初始质量以指数形式衰减到其初始值的初始质量以指数形式衰减到其初始值的 1/e1/e 0.3680.368所需的时间。所需的时间。c c 对于对于COCO2 2，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。，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：资料来源：IPCCIPCC，19961996。18501850年以来大气中温室气体浓度的增加年以来大气中温室气体浓度的增加 人类活动的影
6、响人类活动的影响大气中大气中COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O和和CFCsCFCs的浓度变化趋势。在过去的一个世纪里，的浓度变化趋势。在过去的一个世纪里，人类人类活动导致所有温室气体的浓度迅速增加。（资料来源：活动导致所有温室气体的浓度迅速增加。（资料来源：IPCC,1990IPCC,1990）人类活动的影响人类活动的影响人类活动的影响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-220.2
7、0.1HFCs,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 人类活动的影响人类活动的影响人类活动的影响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 19971997年年1010个个COCO2 2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 a）和各国人均年排）和各国人均年排放量（放量（b b）（资料来源：）（资料来源：MarlandMarland et al.,1999 et al.,1999）人类活动的影响人类活动的影响以单位以单位GDPGDP（$）的总能量消耗表示的各国的能源强度。所有数
8、据均为）的总能量消耗表示的各国的能源强度。所有数据均为19981998年的，年的，GDPGDP以以19901990的的US$US$表示。（资料来源：表示。（资料来源：USDOE,2000USDOE,2000）人类活动的影响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：的碳排放下降速率。（资料来源：PCASTPCAST，19971997）人类活动的影响人类活动的影响 CO2 emission by energy type in China,199604008001200160020002
9、400CoalCoke Oil,etc.N.Gas,etc.Mt-CO2Thermal power&heatOther energy industryIndustrResidentialCommerce,service,etc.Transport&communiAgriculture,etc.Construction74.9%8.3%13.1%3.6%12.1.4 12.1.4 气候变化的影响气候变化的影响 雪盖和冰川面积减少雪盖和冰川面积减少 雪盖雪盖 2020世纪世纪6060年代以来年代以来 减少减少1010 冰川冰川 2020世纪世纪5050年代以来年代以来 减少减少10%10%1515
10、 海平面上升海平面上升 过去过去100100年年 101020cm20cm 199019902100 82100 89cm9cm气候变化的影响气候变化的影响 降水格局变化降水格局变化 中高纬降雨量增大中高纬降雨量增大 北半球亚热带降雨量下降，南半球增加北半球亚热带降雨量下降，南半球增加 气候灾害气候灾害 过多降水、大范围干旱、持续高温过多降水、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气候变化的影响气候变化的影响与与1982-19831982-1983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12.1.5 12.1.5 影响气
11、候变化的大气成分影响气候变化的大气成分12.1.5.1 CO2地球上的碳库：生物圈，海洋和大气，以及各碳库之间的二地球上的碳库：生物圈，海洋和大气，以及各碳库之间的二氧化碳年交换（氧化碳年交换（GtGt）COCO2 2CH4气溶胶气溶胶各成分的贡献19801980到到19901990年期间人为源排放的温室气体对大气中波长年期间人为源排放的温室气体对大气中波长8 81212m 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。度难以确定。各成分的贡献各成分的贡献 预计到2030年全球气温大约平均升高3C12.1.6 12
12、.1.6 应对措施与策略应对措施与策略 12.1.6.1 12.1.6.1 控制温室气体的排放控制温室气体的排放 改变能源结构改变能源结构 提高能源转换效率提高能源转换效率 提高能源使用效率提高能源使用效率 减少森林植被的破坏减少森林植被的破坏 控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放应对措施与策略应对措施与策略 不同燃料燃烧单位不同燃料燃烧单位GJGJ的的COCO2 2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)应对措施与策略应对措施与策略 12.1.6.2
13、12.1.6.2 增加温室气体的吸收增加温室气体的吸收 植树造林植树造林 采用固碳技术采用固碳技术 COCO2 2分离、回收，注入深海或地下分离、回收，注入深海或地下 化学、物理、生物方法固定化学、物理、生物方法固定 适应气候变化适应气候变化 培养新农作物品种，调整产业结构等培养新农作物品种，调整产业结构等12.1.7 12.1.7 国际行动国际行动 19921992年，联合国环境与发展大会年，联合国环境与发展大会气候变化框气候变化框架公约架公约 2020世纪世纪9090年代末，发达国家温室气体年排放年代末，发达国家温室气体年排放量控制在量控制在19901990年水平年水平 19971997年
14、，年，京都议定书京都议定书 明确各发达国家削减温室气体排放的比例明确各发达国家削减温室气体排放的比例国际行动国际行动 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
15、室气体排放限值规定的温室气体排放限值12.2 12.2 臭氧层破坏问题臭氧层破坏问题 12.2.1 12.2.1 臭氧层主要特征臭氧层主要特征 离地面离地面202030km30km的平流层中的平流层中 占当地空气含量的占当地空气含量的1/101/105 5 厚度单位厚度单位 DUDU（Dobson unitDobson unit）273K273K，1atm1atm下，下，1010-3-3cmcm厚厚的的O O3 3层称为一个层称为一个DUDU 1DU1DU1010-3-3 atm atm cm cm2.692.6910101616moleculesmolecules12.2.2 12.2.2
16、臭氧层的分布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 臭氧层的分布臭氧层的分布大气中臭氧浓度分布（单位大气中臭氧浓度分布（单位10101212个分子个分子/cm/cm3 3）12.2.3 12.2.3 臭氧层的作用臭氧层的作用大气对紫外线辐射的吸收大气对紫外线辐射的吸收 臭氧层的作用臭氧层的作用12.2.4 12.2.4 臭氧层破坏现象臭氧层破坏现象19551995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：
17、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。（资料来源：（资料来源：NASA,2000）12.2.5 12.2.5 平流层臭氧形成和破坏机理平流层臭氧形成和破坏机理 纯氧理论（纯氧理论（Chapman MechanismChapman Mechanism）臭氧吸收紫外线的反应臭氧吸收紫外线的反应223OOOOOMOMhv32322OOOOOOOhv平流层臭氧形成和破坏机理平流层臭氧形成和破坏机理 催化清除理论催化清除理论 2020世纪世纪7070年代建立年代建立 活性催化物质的链式反应活性催化物质
18、的链式反应 Y Y 活性物种，包括奇活性物种，包括奇氢氢HOHOx x、奇氮、奇氮NONOx x、奇、奇卤卤XOXOx x三大家族三大家族32232YOYOOYOOYOOO2O总反应：12.2.6 12.2.6 三大家族的来源三大家族的来源 奇氢奇氢HOHOx x 大气中大气中H H2 2O O与激活与激活O O原子反应原子反应 奇氮奇氮NONOx x 宇宙射线分解宇宙射线分解N N2 2 飞机等人类活动排放飞机等人类活动排放 奇卤奇卤XOXOx x 人类活动产生的人类活动产生的CFCsCFCs和含溴氟烷（哈龙和含溴氟烷（哈龙，HalonsHalons)消耗臭氧层的物质（消耗臭氧层的物质（OD
19、SODS）ODSsODSs CFCsCFCs、哈龙、哈龙 CClCCl4 4、甲基氯仿（、甲基氯仿（1,1,11,1,1三氯乙烷）、溴甲烷三氯乙烷）、溴甲烷 部分取代的氯氟烃部分取代的氯氟烃 ODSsODSs的破坏能力的破坏能力 臭氧耗减潜能（臭氧耗减潜能（Ozone depletion potentialOzone depletion potential）全球变暖潜势（全球变暖潜势（Global warming potential)Global warming potential)ODSs的破坏能力CFCsCFCs对臭氧层的破坏作用对臭氧层的破坏作用 一个一个ClCl自由基可以消耗数十万个自
20、由基可以消耗数十万个O O3 3大气中大气中CFCsCFCs分子的变化图分子的变化图 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 HCFC-142b CCl3F CCl2F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 CCl4 CH3CCl3 CBrF2Cl CBrF3 C2Br2F4 CHF2Cl C2H3FCl2 C2
21、H3F2Cl 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 6 50 102 85 300 42 4.9 20 65 20 12.1 9.4 18.4 南极臭氧空洞南极臭氧空洞南极上空臭氧浓度垂直分布的变化南极上空臭氧浓度垂直分布的变化12.
22、2.7 12.2.7 南极臭氧空洞南极臭氧空洞 极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用作用 吸附并聚集吸附并聚集CFCsCFCs及哈龙及哈龙 非均相反应场所非均相反应场所 为什么北极没有形成臭氧空洞？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不易形成极地平流层云12.2.8 12.2.8 臭氧层破坏的危害臭氧层破坏的危害 臭氧含量减少臭氧含量减少1 1，地面紫外线增加，地面紫外线增加2 2
23、3 3 危害危害 人体健康皮肤癌、白内障人体健康皮肤癌、白内障 陆生生态系统植物质量下降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，气候变化大气结构辐射收支变化，气候变化12.2.9 12.2.9 臭氧层破坏的控制策略臭氧层破坏的控制策略 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 无氟氯昂制冷设备无氟氯昂制冷设备 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 环境管理手段环境管理手段 经济手段经济手段 国际行动国际行动 1985
24、1985年，年，2828个国家个国家 维也纳公约维也纳公约 19871987年，年，4646个国家个国家 关于消耗臭氧层物关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约质的蒙特利尔公约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 蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧
25、的气体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臭氧层的恢复12.3 致酸前体物与酸雨 12.3.1 12.3.1 酸雨酸雨定义：定义：pHpH小于小于5.65.6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 几乎整个欧洲几乎整个欧洲 美国和加拿大东部美国和加拿大东部 东亚，中国南方地区东亚，中国南方地区2020世纪世纪9090年代末我国酸雨区域分布年代末我国酸雨区域分布12.3.2 12.3.2 酸雨的危害酸雨的危害 淡水湖泊、河流酸化，水生生物减
26、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 危害人体健康角膜和呼吸道刺激危害人体健康角膜和呼吸道刺激致酸前体物质致酸前体物质 SOSO2 2 自然源微生物、火山、森林火灾、海自然源微生物、火山、森林火灾、海水飞沫水飞沫 人为源燃料燃烧，化工人为源燃料燃烧，化工 NONOx x 自然源闪电、林火、火山，占总量的自然源闪电、林火、火山，占总量的5050 人为源燃烧，机动车，人为源燃烧，机动车，5050致酸前体物质的排放致酸前体物质的排放12.3.3 12.3.3 酸雨的控制措施酸雨的控制措施 针对酸沉降前体物质针对酸沉降前体物质 洗煤洗煤 开发低硫燃料开发低硫燃料 改进燃烧技术改进燃烧技术 烟气脱硫烟气脱硫 机动车净化机动车净化12.3.4 12.3.4 国际行动国际行动 19721972年，联合国人类环境会议，首次提出年，联合国人类环境会议，首次提出酸雨问题酸雨问题 19791979年，年，3333个国家，长距离跨国大气污染个国家，长距离跨国大气污染公约（公约（LRTAPLRTAP）19851985年，欧洲年，欧洲2020个国家，硫排放控制协定个国家，硫排放控制协定
