全球性大气环境问题与大气污染控制

1第五节全球性大气环境问题第三章2全球气候变化臭氧层破坏酸雨第三章3温室效应一、全球气候变化第三章4无温室效应-全球平均温度-18oC温室效应-全球平均温度15oC温室效应(GreenhouseEffect)第三章5大气中的CO2、CH4等气体对太阳发出的短波吸收很弱，而对地面长波辐射吸收很强，从而使散失到大气层以外的热量相对减少，地球表面的温度得以维持，大气这种对地表热辐射遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应。温室效应的定义(GreenhouseEffect)第三章6全球变暖原因：温室效应的加剧温室气体：CO2、CH4、二氯乙烷、臭氧、氯氟烃(CFC-11、CFC-12)、四氯化碳、氧化亚氮等，其中尤以CO2的温室作用最明显。第三章7表3-5受人类活动影响的主要温室气体变化情况温室气体工业化之前的浓度（1750～1800a）现在浓度大气年均累积率（a-1）在大气中的衰变时间（a）CO2280ppmv385.2ppmv（2008a）1.5ppmv50~200CH4715ppbv1797ppbv（2008a）7.0ppbv12N2O270ppbv321.8ppbv（2008a）0.8ppbv114CFC-110256pptv（2003a）-1.4pptv45CFC-120538pptv（2003a）4.4pptv100HCFC-220157pptv（2003a）0.55pptv12CF440pptv76pptv1pptv50000注：ppmv表示某成分体积单位为10-6；ppbv表示10-9；pptv表示10-12。资料来源：IPCC，2005；IPCC，2007；WMO,2009.第三章8表3-6部分温室气体的全球变暖潜势物种大气寿命/a全球变暖潜势（时间尺度）20a100a500aCO2可变111CH412±356216.5N2O120280310170CHF32649100117009800HFC-152a①1.546014042HFC-143a②48.3500038001400SF63200163002390034900注：引自IPCC报告，1995；①分子式为C2H4F2；②分子式为C2H3F3。①②均为臭氧层损耗物质的替代物。第三章9气候变暖的主要原因自然因素包括太阳活动、地球轨道参数的改变、地外物体的撞击等。其中，对太阳黑子活动影响的研究较多。最近100年以来的太阳黑子相对数也呈现一个增强的趋势，与大气中二氧化碳的浓度值和全球变暖的趋势基本吻合。人为因素包括两方面内容：一方面，工业生产，燃料燃烧排放大量的温室气体，引起温室效应增强；另一方面，热带森林和温带植被的破坏间接改变了大气中温室气体的浓度，也可使气候变暖。第三章101995年第三章111、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、影响沿海养殖业等。全球变暖可能产生的影响未来海平面变化的预测预测者预测年份上升量cm世界气象组织（WMO）202520-140日本环境厅203026-165欧洲共同体21世纪20-165联合国环境规划署（UNEP）21世纪末65第三章12海平面上升第三章13这个地球怎么了第三章14全球气候变暖的悲剧性象征2、影响农业和自然生态系统3、加剧洪涝、干旱及其他气象灾害4、影响人类健康第三章16减缓全球变暖的对策1．加强国际合作，缔结国际公约《气候变化框架公约》2．能源发展战略控制CO2向大气排放（1）节约能源，提高能源利用效率。（2）改善能源结构，积极发展新能源。3．生态建设战略从大气中消除过量的CO2:保护热带雨林；植树造林；通过海洋生物吸收固化第三章174．研究、制定适应气候变化的措施与规划沿海城市规划；作物品种、耕种体制、适耕地区的规划等5．加强科学研究和预警第三章18平流层的温度曲线。二、臭氧层破坏（一）臭氧层主要特征离地面15-35km的平流层中臭氧非常稀少：1千万个大气分子中只有三个臭氧分子。第三章19臭氧的浓度单位柱浓度法：在0℃下，如果沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3mm左右。这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总层厚来反映大气中臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用多布森单位（Dobsonunit，简称D．U．）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300D．U.。臭氧洞：理论上指臭氧的柱浓度小于200D.U.，即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少30％的区域。（二）臭氧层破坏第三章201955－1995每年十月份南极臭氧浓度（单位：DU）。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总浓度下降了50％。（资料来源：NASA,2000）第三章212000年与2002年臭氧空洞比较。2830万平方公里第三章22大多数科学家认为，臭氧层的破坏是包含大气化学、气象学变化的非均相的复杂过程。但是导致大气中臭氧减少和耗竭的物质，主要是NOX、氯氟烃化合物(CFCs)，和哈龙（Halons）。三、臭氧层破坏的原因第三章23臭氧损耗物质（ODS）的破坏能力臭氧耗减潜势（Ozonedepletionpotential，ODP）引起的全球臭氧减少单位物质量的引起的全球臭氧减少单位物质11CFCXODP第三章24臭氧损耗物质的ODP值物种模式计算半经验计算CFC-111.001.00CFC-120.820.9CFC-1130.900.9CH3CCl30.120.12HCFC-220.040.05HCFC-1230.0140.02CH3Br0.640.57H-13011213H-12115.15CFCs类化合物后数字分别代表：C原子数减1，H原子数加1，F原子数Halon类化合物的四位数字分别代表:C、F、Cl、Br原子数第三章25（四）臭氧层破坏的危害1、对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等2、对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响3、对材料的影响：加速老化4、对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体第三章26（五）臭氧层破坏的控制策略开发消耗臭氧层物质的替代技术无氟氯昂制冷设备制定淘汰消耗臭氧层物质的措施环境管理手段＋经济手段国际行动1985年，25个国家《维也纳公约》1987年，46个国家《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》第三章272000年之前需停止生产的气体2030年必须淘汰的气体CFC-11HCFC-22CFC-12HCFC-123CFC-113HCFC-124CFC-114HCFC-141bCFC-115HCFC-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的气体消耗臭氧物质的排放削减第三章28消耗臭氧物质的排放削减第三章29三、酸沉降与酸雨1、酸雨酸沉降指大气中的酸性物质（主要是H2SO4、HNO3及其前体物SOX、NOX等）通过降水（包括雨、雪、雹、露等形式）或在气流、重力等作用下迁移到地表造成污染的现象。前者称为湿沉降，后者称为干沉降。第三章30湿沉降习称酸雨是指pH5.6的各种形式的降水。湿沉降,干沉降的定义干沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或因重力作用沉降到地面。第三章31硫酸H2SO4硝酸HNO3氧化氮(NO和NO2)二氧化硫SO2酸雨2、酸雨的组成和影响因素90%HCl有机酸酸雨的主要成分第三章32人为致酸物质人为致碱物质SO42-石化工业、火电厂、能源燃烧Na+、Cl-、Mg2+海洋的海水飞沫NO3-工厂高温燃烧过程、交通工具排放Ca2+、K+尘土NH4+氮肥挥发一般酸雨化学组成中，较重要的物种包括H+、Cl-、NO3-、SO42-、NH4+、K+、Na+、Ca2+、及Mg2+等九种。其来源包括:第三章33影响酸雨形成的因素酸性污染物的排放大气中的NH3：抑制酸雨的形成与H2SO4气溶胶形成中性的NH4HSO4，降低了雨水的酸度。颗粒物的酸度及其缓冲能力金属：催化SO2氧化；酸性物：贡献酸雨；碱性物：中和酸起缓冲作用地理和气象因素第三章34大气中的NH3的来源有机物的分解：氨基酸分解含氮肥料的挥发；土壤中NH3的挥发：随土壤pH值的上升而增大北方土壤pH值在7-8之间，南方土壤pH值5-6。第三章35我国酸雨的化学特征：属硫酸型酸雨pH低、离子浓度高，硫酸根、铵和钙离子浓度远远高于欧美，而硝酸根浓度则低于欧美。酸雨中H2SO4和HNO3的比值高发达国家与地区一般为3：2或2：1我国为10：1。第三章36雨水冲刷污染物之过程可分两个阶段：首先，污染物在雨滴形成之初期即被吸收，降雨时直接与雨水一起降下，这种形成方式称为雨除作用（Rainout）；然后，跟随的是雨冲作用（Washout），雨滴在降落过程中﹐与下层的酸气接触及摩擦，而令酸性气体溶在雨中，下降至地面。3、酸雨的形成过程与机制第三章37第三章38酸雨形成机制酸雨的形成是一个复杂的问题，包括物理，化学和物理化学过程。一般认为，酸雨是由SO2、NOx和氯化物等大气污染物，在一定条件下通过化学反应而生成H2SO4、HNO3和HCl并随雨、雪等降落到地面。第三章394、酸雨的分布第三章40中国酸雨现状第三章41第三章42中国酸雨现状从20世纪80年代以来，中国的酸雨污染呈加速发展趋势。在80年代，以重庆、贵阳和柳州为代表的高硫煤使用地区及部分长江以南地区。到90年代中期，酸雨发展到青藏高原以东及四川盆地的广大地区。广东、广西、四川盆地和贵州大部分地区已成为与欧洲、北美并列的世界三大酸雨地区之一。第三章43思考我国酸雨污染区主要分布在南方的原因？污染源和污染物条件高硫煤使用区：含硫量3％－5％地理和气象条件湿度大、温度高、太阳辐射强，有利于大气中酸性前体物转化西南地区：地形闭塞，大气稳定度大，微静风频率高，易形成较厚的逆温层，不利于污染物稀释、扩散；大气中的NH3土壤PH值较低，造成大气具有较低的PH值颗粒物特征植被覆盖率高，颗粒物多来自燃煤排放，碱性阳离子浓度低其它北方排放的大量含硫化合物被大气远距离输送到南方。第三章44在pH5.0～6.5之间时，鱼卵不容易孵化，鱼苗数量减少﹔当湖水pH值低过5.0时，大多数鱼类死亡。虾比鱼更早灭绝。酸湖形成，鱼虾难存（1）对水生生态系统的危害5、酸雨的危害水生生物种群将减少。第三章45在欧洲和北美洲，酸雨所引起的湖泊酸化情形十分严重。瑞典湖泊共有八万五千个，其中有约两万个已受到酸雨的影响。挪威有二百六十五个湖泊已经没有鱼虾；而加拿大已有四百个「死湖」，以前有鲑鱼的河川，现在都看不到鲑鱼的踪影了。第三章46（2）对陆生生态系统的危害直接危害农作物与森林；生物种类减少；土壤酸化，营养流失。第三章47酸雨可造成叶面损伤和坏死。造成森林消失。中国的四川盆地受酸雨危害的森林面积占林地总面积的三分之一。马尾松和华山松对酸雨十分敏感，由于发育不良，虫害频生，酸雨亦使竹林消失，竹叶受损。难怪大熊猫也将濒临灭绝。第三章48酸雨使建筑材料如混凝土、砂浆和灰砂砖等的水泥溶解，腐蚀建筑物、公共设施、古迹和金属物质，造成人类经济、财物及文化遗产的损失。（3）对建筑材料和古迹的危害第三章49第三章50眼角膜和呼吸道粘膜对酸类十分敏感，受酸雨刺激，导致红眼病和支气管炎，也使皮肤疼痛，甚至令人脱发。农田土壤酸化，使土壤矿化物中的有害重金属，如汞及铅等再溶出，由食物链的传送，在人体内累积。（4）酸雨对人体键康的危害第三章51香港酸雾酸雨如番茄汁港人眼睛如被镪水腐蚀第三章526、减少酸雨的对策1979年联合国欧洲经济委员会签定了「长距离越境大气污染条约」。此后，在1985年国际间又缔结了「赫尔辛基条约」，有18国同意在1993年前硫化物排出量必须较1980年减少30%。1988年的索非亚协定，有12国宣布1989年起10年间，各国应削减氮氧化物30%。而美国与加