第五章大气污染和全球气候大气污染和全球气候ppt课件

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1、第五章 气候变化的大气化学原理,教学内容: 1大气的辐射传输过程 2大气温室效应的科学原理简介 3 温室气体与全球气候变化 4臭氧层破坏问题,1 大气的辐射传输过程,地球大气系统的能源主要是太阳辐射。,（一）太阳辐射 太阳以电磁波的形式向外传递能量，称为太阳 辐射。 太阳辐射所传递的能量称为太阳辐射能。 特点：太阳表面温度约6000K，其辐射能绝大部 分集中在波长0.15 4.0 之间，因而称为短波 辐射。（对流层大气和地面温度为250 300K，辐射波长主要在 3 120 之间，为长波辐射）。,太阳辐射强度：单位时间内垂直投射在单位面 积上的太阳辐射能。,1、大气上界的太阳辐射,太阳常数（S

2、0）：在日地平均距离上，大气 顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受 的太阳辐射，称为太阳常数，即 1367Wm2 。,到达大气上界的太阳辐射取决于： 太阳高度太阳辐射强度与太阳高度的正弦 成正比（朗伯定律）； 日地距离水平面上的太阳辐射强度与日地 距离的平方成反比；年变化约7； 可照时数太阳辐射强度与可照时数成正比， 夏强冬弱。,2、太阳辐射在大气中的减弱过程,大气的吸收：能吸收太阳辐射的物质包括臭氧、 氧、水汽、二氧化碳、云、雨滴、气溶胶粒子等， 它们选择性吸收太阳辐射（太阳光谱的两端）。,大气的散射和反射： 空气质点小，选择散射短波辐射；而水滴、尘埃 等质点大，散射无选择性，称为漫射。

3、散射波长 集中于可见光波段。 云层、气溶胶粒子等有较强的反射作用，如云层平均反射率达5055。 上述三种方式中，反射作用最主要，其次是 散射，而吸收作用最小，它们共使到达地面的太 阳辐射减弱了约一半。,3、到达地面的太阳辐射,包括两部分：直接辐射（S）和散射辐射（D）， 两者之和称为太阳总辐射（SD）。,直接辐射：其强弱受太阳高度和大气透明度影响。 贝尔（Beer）削减定律,S I0 P m I0：太阳常数；P：大气透明度； m：大气质量。,直接辐射有日变化、年变化和纬度变化。,散射辐射：其强弱受太阳高度、大气透明度、 云的特性（云量、云状）和海拔高度等影响。,太阳总辐射,影响直接辐射和散射辐

4、射的因素，也是 影响总辐射的因素，所以总辐射也有日变化、 年变化和纬度变化。,在我国，年总辐射量最高的地区是海拔 高度大的西藏（212252Wm2），干旱少 云的新疆、青海、黄河流域次之（159212 Wm2 ），而云、雨较多的长江流域与华南 大部却较少（119159Wm2 ）。,4、地面对太阳辐射的反射,到达地面的总辐射一部分被地面吸收，另一部分被反射。反射部分占总辐射量的百分比称为反射率（r）。 反射率的大小取决于： 地面性质（水面、陆面）； 地面状态（颜色深浅、粗滑、干湿）。,陆面反射率约1030，洁白的新雪反射率可达9095；水面反射率平均约10。,（二）地面辐射与大气辐射,地面和大气

5、在吸收太阳辐射的同时，又按 其自身温度日夜不停地向外放射长波辐射。,1、地面辐射：地面以电磁波的方式向上发射指向大气的辐射，称为地面辐射。其波长为3 80 ，最大辐射能量波长在9.6 。 地面辐射大小主要取决于地面温度（平均300K）。白天地面吸收太阳辐射多于放射的辐射而增温；夜晚没有太阳辐射，地面因辐射而降温。 “大气窗”地面辐射绝大部分（ 75 95）被大气吸收，只有波长8.412 的部 分，可穿过大气层逃逸到宇宙空间，所以称此 波段为“大气窗”。,2、大气辐射：,大气主要靠吸收地面辐射而增温。大气按 其自身温度，以电磁波的方式向四面八方发射 长波辐射，称为大气辐射。它的波长为 7 120

6、 ，最大辐射能量波长在15 。 其大小取决于大气温度、湿度和云天状况。,3、大气的保温效应：,大气辐射向下指向地面的部分，方向与地面辐射相反，称为大气逆辐射。大气逆辐射几乎全部为地面所吸收，这对地面因辐射而损耗的能量得到一定的补偿，所以大气对地面有保温作用。这种作用称为大气保温效应或温室效应。,（三）地气系统的辐射平衡,把地面和对流层看作一个统一体，称为地 气系统。地气系统在一定时间内辐射能收入与 支出的差，称为地气系统净辐射，即： Rs（SD）（1r）qaF 式中， Rs地气系统净辐射； qa 大气吸收的太阳辐射； F地气系统长波射出辐射。 地气系统净辐射随纬度而变，低纬为正值， 有热量剩余

7、；高纬为负值，热量亏损，以南、 北纬30附近为转折点。高低纬地区之间的气 温差异，推动大气环流和洋流的运动。,辐射平衡1,地气系统的辐射平衡,地气系统的温度多年基本不变，全球 是到达辐射平衡的。 大气上界一年中获得的太阳辐射能为 342.8 Wm2，同时又有相同数量的能量， 以短波辐射或长波辐射的形式通过大气上 界返回宇宙空间，所以地气系统的热能收 支是平衡的。,辐射平衡,（四）、气温,气温是大气热力状况（即空气冷热程度）的 数量度量。 目前，气象观测和记录的气温，是指 离地面一定高度上（我国规定离地面1.5m高）， 放在百叶窗箱里的温度计测得的空气温度。 通常以摄氏（）和华氏（）两种温度单

8、位表示，我国采用摄氏度数为单位。 在理论研究方面，多数采用绝对温度（或称 开氏温度），以（A）或（K）表示。 温度 单位换算如下： AC273.16 KC273.16,气温的时间变化,大气温度的时间变化，包括由地球的自转和公转引起的气温周期性变化，以及由大气运动引起的非周期性变化。,1、气温的日变化：指一天内气温的高低变化， 它有一个最高值（出现在午后两小时左右）和 一个最低值（出现在日出前后），气温日变化 过程是一条正弦曲线。 日最高气温与最低气温之差，称为气温的 日较差或称日振幅。日较差随纬度增高而减少， 随海拔高度增加而减少；晴天大阴天小；夏季 大冬季小；大陆大海洋小。,2、气温的年变化

9、,指一年内气温的高低变化。年最高气温出现在夏至后的7月或8月，年最低气温出现在冬至后的1月或2月。 一年中最热月的平均气温与最冷月的平均气温之差，称为气温的年较差。年较差随纬度增高而增大，随海拔高度增加而减少；大陆大海洋小；内陆大沿海小。 气温的年变化反映了气候上的冷暖，是划分气候季节的重要指标。,气温的非周期性变化是由于大规模的气流交替而引起的。,气温的空间分布,大气温度在水平方向上和垂直方向上的分布都是不均匀的。,1、气温的水平分布：主要受纬度、海陆分布、 地形起伏、大气环流、洋流等因素影响。 气温随纬度增高而递减，北半球南北温差冬大 夏小，南半球则季节相反； 冬季北半球等温线在大陆凸向赤

10、道，在海洋凸 向极地，反映同一纬度上陆地冷于海洋，夏季时 则相反；南半球洋多陆少，等温线较平直； 高温带（冬、夏月平均温均24）不是出现 在赤道，冬季在 5 10 N，夏季在 20 N 左右，该带称为热赤道。,气温的空间分布,洋流的影响大，中纬度西岸气温比同纬度的东岸高。冬季太平洋和大西洋北部等温线急剧向北凸出，反映黑潮暖流、阿留申暖流、墨西哥湾暖流的强大增温作用；夏季北半球等温线沿非洲和北美西岸向南凸出，反映了加那利寒流和加利福尼亚寒流的影响。 南半球冬夏最低气温都出现在南极，北半球则夏季在极地、冬季在高纬大陆东部、西伯利亚和格陵兰。最高气温北半球夏季出现在低纬大陆内部热带沙漠地区。 在我国

11、，最低气温为 53，出现在黑龙江的漠河；最高气温48.9，出现在新疆的吐鲁番。,我国实测最低气温 53，黑龙江漠河,漠河,我国实测最高气温48.9，新疆吐鲁番,火焰山,2 、大气温室效应的科学原理简介,大气层,大气温室效应的科学原理简介,如没有温室气体, 地球表面平均温度约为-18,而实际温度为15,CO2, CH4, N2O, H2O,温室吸收,地表吸收,温室大棚,太阳短波辐射,地球和大气长波辐射,太阳短波辐射,地球和大气长波辐射,增温效应,增温效应,大气温室效应的科学原理简介,主要的6 种温室气体: CO2 (二氧化碳) (GWP= 1) CH4 (甲烷) (GWP= 21) N2O (氧

12、化亚氮)(GWP=310) HFCs (氢氟碳化物)(GWP=140-11700) PFCs (全氟化碳)(GWP=6500-9200) SF6 (六氟化硫)(GWP=23900) GWP: 全球变暖潜势: 单位重量温室气体排放在100年周期内对大气温室效应的贡献, 取CO2 GWP=1,1.气候变化问题的由来,天气变化: 年度, 季节性和日常的天气变化 气候变异: 短期的, 局部的, 可逆的气候异常 气候变化: 长期的, 全球性的不可逆的或周期性的气候变化, 带来极端的气候异常, 重大的自然灾害和对地球生态系统, 农业生产和人类生存带来重大威胁. 自然因素: 宇宙, 太阳系, 地球运转, 大

13、气系统 人为因素: 工业革命以来, 化石燃料燃烧造成大量温室气体的人为排放, 大大提高了大气中温室气体浓度, 导致全球变暖和气候变化及其不利影响: 极端气候灾害, 飓风, 旱、涝、热浪、寒潮, 极地冰雪融化, 海平面上升, 沿海地区淹没, 生物带变化,等. 工业化国家应承担主要的历史责任和现实责任.,温室气体排放水平及趋势 (1990年) 全球年排放: 60亿吨碳, 并逐年增长 美国: 14亿吨碳,占全球排放的24% 中国: 6.5亿吨碳, 占全球排放总量的11% 此后继续以较高的速度增长。 大气中的温室气体浓度变化趋势 工业革命前: 280 ppm, (10-6) 现在: 360-370 p

14、pm, 预计2050年: 550 ppm,1.气候变化问题的由来,大气中的温室气体浓度变化趋势,Wm2,Wm2,1988年11月,WMO和UNEP共同成立了政府间气候变化专业委员会(IPCC), 组织全世界3000多的科学家开展全球气候变化科学评估活动。 IPCC分别于1990年、1995年和2001年完成了三次全球气候变化科学评估报告。,2.气候变化的科学性问题,第三次科学评估报告的部分结论: 过去的1000年中, 20世纪增温最大, 达0.6, 海平面升高0.1-0.2米 预计21世纪全球平均气温升高1.4-5.8, 海平面上升0.09-0.88米 旱/涝、热浪/寒潮频次将增加；冰川/冰盖

15、将退缩 即使温室气体浓度稳定后, 其影响也还将持续若干世纪。 人类采取适当的措施,可以减缓气候变化的不利影响 必须采取行动, 减少人为温室气体排放, 保护气候。,2.气候变化的科学性问题,国际社会为对付气候变化而采取的行动: 1988年11月, “政府间气候变化专业委员会” IPCC 1991年2月正式启动气候变化公约谈判, 历时一年多,共5轮谈判 1992年5月9日通过了联合国气候变化框架公约 1994年3月21日UNFCCC生效. 1997年12月11日通过了京都议定书规定了发达国家在2008年至2012年第一承诺期承担具有法律约束力的定量化温室气体减排义务指标。 2001年12月通过了马

16、拉喀什协议, 为三机制CDM铺平道路,3. 对付气候变化的国际公约和政策行动,3. 对付气候变化的国际公约和政策行动,气候公约的最终目标: “将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上, 并维持足够长使得粮食生产系统能够适应这样的变化.” 气候公约确定的基本原则: 共同但有区别的责任: 发达国家应承担历史和现实责任,率先承担减排义务. 发展中国家的首要任务是发展经济及消除贫困，现阶段不能承担减排义务. 缓解气候变化的全球努力应联合行动,讲究全球成本效益.,发达国家在气候公约下的义务: 国家通讯报告:本国温室气体排放清单及采取减排的政策和行动 向发展中国家提供新的和额外的资金和技术援助 帮助发展中国家提高应对气候变化的能力建设 将本国2000年温室气体排放水平回复到1990年水平 发达国家在京都议定书下的义务和履约机制: 在2008-2012年第一承诺期, 需将其人为温室气体排放水平减少到比1990