第五章全球大气环境变化.ppt

云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》《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云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》第五章 全球大气环境变化Ø 第一节 地球大气的温室效应Ø 第二节 臭氧层破坏Ø 第三节 酸 雨云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》第五章 全球大气环境变化全球主要的大气环境问题：① 温室效应（温室气体的排放引起）；② 臭氧层破坏（氯氟烷烃类物质的排放）；③ 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 人类的可持续发展云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》第一节温室效应与全球气候变暖 （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云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》Ø 地球大气温室效应的形成及其作用l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l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云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》温室有两个特点：温度较室外高，不散热n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 云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》CH4O2N2ArCFCSCO2H2O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3-30μm）地球表面能量平衡示意图地球大气层云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》大气层中各种物质对太阳短波辐射 和地表长波辐射的吸收光谱10-20 （KM）3-30um 长波红外线 CO2、H2O、CH4、O3、 CFCS100 （KM）<100nm 短波紫外光N2、O250-100 （KM）<200nm 短波紫外光O225-30 （KM）<310nm 短波紫外光O2 O3距地表高度光波波长吸收物质温室气体云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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。

云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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、四氯化碳云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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2/32)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%通过光合作用吸收，大气中仅存57%1. 二氧化碳（ CO2 ）云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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： ①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 ①大气中CO2浓度增加； ②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 ）云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》煤 油 气 铀*澳大利亚澳大利亚/ /新西兰新西兰Sources: BP Statistical Review 2005; WEC Survey of Energy Resources 2001; Reasonably Assured Sources plus inferred resources to US$80/kg U 1/1/03 from OECD NEA Resources, Production *energy equivalence of uranium assumed to be ~20,000 times that of coal非洲非洲欧洲欧洲俄罗斯俄罗斯中东中东中国中国其它亚洲其它亚洲/ /太平洋地区太平洋地区北美北美南美南美Brendan Beck, World Coal Institute, Coal, 3M Sustainable Energy Engineering, Imperial College, 12 October 2006世界化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)云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》...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 生物质能年云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》来源：© IEA Clean Coal Centrewww.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02 0004 0006 0008 00010 00012 00014 00016 00018 0001970198019902000201020202030MtoeIEA World Energy Outlook 2006IEA World Energy Outlook 2006云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》人类吸收氧气，排除二氧化碳。

石油，煤等 化学燃料燃烧时会排出二氧化碳二氧化碳 的容许浓度很低，只有0.5%人类在10% 以上的二氧化碳中会神志不清，25%以上会 在几个小时内死亡，30%以上会立即死亡 我们要认识二氧化碳的危险性，也要明白二 氧化碳是全球变暖的原因之一 云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》n1896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，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4－6oCnCO2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n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 ）云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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CO2CH4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、稻田以及工业生产云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》n它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0.5－3Tg的速度净增n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 n主要来源：化肥的使用、燃料的使用3 N2O云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》n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n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和CFC-12）云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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三、全球变暖云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》全球变暖原因：温室效应的加剧n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云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》近百多年来地球表面温度的变化从1961－1990年，仅30年间全球温度偏离了正常平均温度的14.0°C, 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.非线性表达 整个地球气候变暖 0.75oC 从1970年起上升了 0.55ºC 线性表达（大致）1870－2004年间全球地表温度和二氧化碳浓度的变化云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》最热年份纪录 1. 20062. 20053. 19984. 20025. 20046. 20037. 20018. 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。

云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》1860至2000年的140年间地球温度的变化年平均 5年平均云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》云南农业大学云南农业大学《《环境与可持续发展导论环境与可持续发展导论》》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。