全球大气环境变化

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1、环境与可持续发展导论,第五章 全球大气环境变化,人为活动干预的加剧以及新型合成化学品的使用，改变了地球生态系统原有的结构组分及自我循环调节能力，导致严重影响人类可持续发展的问题的产生。,第五章 全球大气环境变化,第一节 地球大气的温室效应 第二节 臭氧层破坏 第三节 酸 雨,第五章 全球大气环境变化,全球主要的大气环境问题：, 温室效应（温室气体的排放引起）；, 臭氧层破坏（氯氟烷烃类物质的排放）；, 酸雨 （二氧化硫的排放）；,全球大气环境的变化与传统意义上的大气污染不同，由于某些物质的特定性质，在局部范围内并未产生直接污染效应，但其间接危害直接影响到人类的可持续发展。,第一节温室效应与全球

2、气候变暖 （Greenhouse Effect and Global Warming ）,一、地球气候系统和温室效应,气候是指包括温度、湿度和降水等在内的综合信息。地球气候系统是一个涉及阳光、大气、陆地和海洋等内容十分丰富的系统。人类活动对全球的气候变化具有深刻和重要的影响。矿石燃料（煤炭、石油和天然气）的使用，加上其它的人为活动过程，导致温室效应的加剧，可能会引起全球的温度增高，并产生一系列的环境问题。,地球大气温室效应的形成及其作用,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 如果不存在地球大气层的温室效应，地球处于辐射平衡后的等黑

3、体温度为255K，即地表温度为-18，而实际平均温度为15，增高的33是大气温室效应的结果。,温室有两个特点：温度较室外高，不散热,生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。,CH4,O2,N2,Ar,CFCS,CO2,H2O,到达地表的太阳短波辐射（平均波长500-600nm）,地球散发的长波辐射（平均波长3-30m）,地球表面能量平衡示意图,地球大气层,大气层中各种物质对太阳短波辐射和地

4、表长波辐射的吸收光谱,温室气体,大气的温室效应：,是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。,二、温室气体,温室气体： 二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、 CFC11、CFC12、四氯化碳,1)森林和植物的光合作用： 将CO2转变为有机碳（木材、粮食）。 世界森林含有的炭总量为4000亿5000亿吨，相当于大气中CO2总量的2/3。 2)海洋的储存作用： CO2 + H2O H2CO3 排入大气中CO2的总量中约有30%被海洋吸收， 13%通过光合

5、作用吸收，大气中仅存57%,1. 二氧化碳（ CO2 ）,19世纪初，大气中CO2 浓度为270ppm； 1988年上升到350ppm； 大气中CO2浓度急剧增加的原因主要有两个： 随着工业化的发展人口的剧增，人类消耗的矿物 燃料迅速增加.燃烧产生的CO2释放进入大气层，使 大气中CO2浓度增加； 森林、植被的减少，使全球总的光合作用减小， 从而增加了CO2在大气中的积累。,1. 二氧化碳（ CO2 ）,煤 油 气 铀*,澳大利亚/新西兰,Sources: BP Statistical Review 2005; WEC Survey of Energy Resources 2001; Reas

6、onably Assured Sources plus inferred resources to US$80/kg U 1/1/03 from OECD NEA *energy equivalence of uranium assumed to be 20,000 times that of coal,非洲,欧洲,俄罗斯,中东,中国,其它亚洲/太平洋地区,北美,南美,Brendan Beck, World Coal Institute, Coal, 3M Sustainable Energy Engineering, Imperial College, 12 October 2006,世界化

7、石燃料和铀资源的分布，除中东和南美， 中国和世界的能源最终只能以煤为主,2004年世界能源储藏 (Mtoe),.the increase in worldwide fossil-fuel combustion in the past 150 years.,1850-2000年的150年间世界能源消费的增长,自1950年以后，全球化石燃料的消耗急剧增加,天然气 石油 煤 核能 水电 生物质能,年,来源： IEA Clean Coal Centre www.iea-coal.org.uk,今后相当长的时间内世界能源需求 的增长仍然主要依赖化石燃料,到2030年,全球能源需求的增长将超过50%,其中

8、最主要的需求增长是化石燃料,油,煤,天然气,生物质能,核能,其它可再生能源,0,2 000,4 000,6 000,8 000,10 000,12 000,14 000,16 000,18 000,1970,1980,1990,2000,2010,2020,2030,Mtoe,IEA World Energy Outlook 2006,全球CO2浓度的变化 1750年（工业化前）：280ppm；2000年:370ppm；2005年:379ppm；2008年1月:394ppm,1896年瑞典科学家Svante Arrhenius首先发现温室气体会产生温室效应。他当时警告说，大量CO2会使地球变暖

9、，并预言如果大气中的CO2含量增加一倍，地球的表面温度将增加46oC。 CO2在大气中的存在期在200年以上其温室效应的后果将是长远的。 在所有的温室气体中， CO2对加强温室效应比其它四种温室气体加在一起的影响还要大，因此，控制温室效应要首先要控制CO2的排放。 CO2的排放主要来自人类活动的化石燃料（煤、石油和天然气）的燃烧。,1. 二氧化碳（ CO2 ）,2.甲烷（CH4）,CH4 对温室效应的影响是CO2 的21倍。 单个CH4分子的红外辐射吸收能力超过CO2。,CH4是在缺氧环境中由产甲烷细菌或生物体腐败产生的，它在大气中存在的平均寿命在8年左右,主要来源：沼气、稻田以及工业生产,它

10、在大气层中的存在寿命是150年左右，尽管在对流层中是化学惰性的，但是可以利用太阳辐射的光解作用在同温层中将其中的90分解，剩下的10可以和活跃的原子氧O(1D)反应而消耗掉。即使如此大气层中的N2O仍以每年0.53Tg的速度净增。 占温室气体总排放量的9，占温室气体辐射强度的份额仅为6，但其温室效应的作用比CO2大290倍。 主要来源：化肥的使用、燃料的使用,3 N2O,它们在对流层中也是化学惰性的，但也可在同温层中利用太阳辐射光解掉或和活性碳原子反应消耗掉。 其在大气中的浓度仅为CO2的1，但其温室效应的作用却是CO2的5200倍，因此其占总辐射强度的份额为17。,4 氯氟碳化合物 （CFC

11、-11和CFC-12）,在过去100年间：气温上升0.2-0.5； 降水增加1%； 海平面上升10-25cm,原因：温室效应的加剧,地球大气层是由一层层气体组成，气体把热量困住，维持了地球上的生命。可是，燃烧化石燃料和采伐森林，人类把数以十亿吨的二氧化碳排放到大气层。我们的活动也释放了少数其他气体到大气层。,近百多年来地球表面温度的变化,从19611990年，仅30年间全球温度偏离了正常平均温度的14.0C, 平均二氧化碳浓度则偏离了正常浓度的333.7 ppmv. 资料来源： Karl and Trenberth 2003.,18702004年间全球地表温度和二氧化碳浓度的变化,最热年份纪录

12、 2006 2005 1998 2002 2004 2003 2001 1997,地球近年气温变化图,美国NASA研究的结果是2006年是有记录以来最暖的一年， 其它的两个研究与此类似，均表明地球温度正在快速变暖。,1860至2000年的140年间地球温度的变化,年平均,5年平均,40%的概率,5%的概率,资料来源: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001 Report,公元1000至2100年间地球表面温度的变化,北半球来自树木的年轮、珊瑚、冰核的分析和历史记录的数据,实测数据,预测数据,计算机数学模型的计算结果,气候变化和全 球变暖的

13、证据,气候变暖使冰川后退以致于消失将是全球性的,美国阿克拉河马的Portage冰河9摄于1914年,美国阿克拉河马的Portage冰河9摄于2004年,气候变暖使冰川后退以致于消失将是全球性的,摄于1984年8月,摄于2002年夏天,大陆冰盖将会明显地收缩,从过去的16万年（根据冰核分析数据）至今后的100年间（根据Sir John Houghton 数据）：CO2浓度将增加一倍,时间(1000年),160,120,80,40,现在,10,0,10,100,200,300,400,500,600,700,2100年CO2 浓度 (CO2不经控制照常排放),达到人类工业化前 CO2浓度的一倍,现

14、在的CO2浓度,与现在相比的温度差oC,CO2 浓度 (ppm),现在地球平均温度上升的位置,地球气候变化数学模型对地球平均温度变化的预测,地球表面平均温度上升的可能性,温度上升度数oC,卫星照片显示，南极拉森-B冰架崩裂后，冰山和碎冰块在海面上漂浮。,环境专家指出，如不采取有效措施，乞力马扎罗山顶的冰雪将在2015年左右完全融化。,2003年,在不远的未来，南极洲西部或格陵兰岛的冰川融化，将使海平面上升7米。,天灾还是人祸？,喜马拉亚-冰川1978年,喜马拉亚-冰川1998年,正在融化的北冰洋冰盖,根据预测，在2030年以前， 北冰洋的冰层在夏季将完全消失,北极的变暖速度比世界上所有其它地区

15、都要快,其温度上升的速度比世界其它地方快10倍； 卫星观察表明，北极冰层已缩小到历史上最小的面积； 科学家分析；北极冰层的融化过程不久会达到一个”拐点”,从此北极冰层的融化将成为不可逆的过程； 北冰洋冬季的温度已上升4oC，预计北极冰盖会在不到25年里，在夏天完全消失，这将会给全球带来难以估量的影响。,1、海平面上升：低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅， 土地盐渍化，海水倒灌等。,四、温室效应增强带来的影响,全球气候变暖导致的海平面上升,海平面上升,2. 对动、植物的影响,动、植物的迁徙将可能跟不上气候变化的速率， 生态系统的变化会使得某些物种的种群和群落 发生变化，甚至导致物种的灭绝。,按照北冰洋现在融化的趋势，北极熊将因为没有冰面而 捕捉不到食物和无栖息地，可能会在45年内灭绝。 现在是把北极熊列入濒危动物之列的时候了,北极冰盖冬季开始快速融化， 灾难将难以预料,上帝呀，这是怎么啦，要让我们骨肉分离？,冬眠不了的棕熊,全球变暖将导致百万物种灭绝,3. 对农业的影响,全球气候变化，气温变暖，一方面对植物的 光合作用有促进作用，有利于提高农业产量； 另一方面，气候变化有可能导致更多的自然灾害 （高温、热浪、热带风