民航二氧化碳排放

中国民航大学本科毕业设计（论文）中国民航大学本科生毕业论文民用航空二氧化碳排放研究院系：航空工程学院专业：飞行器动力工程班级：050141B姓名：梁伦为学号：050141222指导老师：杨晓军二零零九年六月中国民航大学本科毕业设计（论文）I民用航空二氧化碳排放研究梁伦为摘要：随着社会经济的发展，中国民航业正经历着迅速的成长。然而民航为国民带来生活上的便利，为国家带来经济增长的同时，出现了环境污染的问题。由于民航事业的大力发展,民航飞机数量的快速增加，飞机所产生的大气污染物总量也越来越大，并且涵盖了中国大部分城市，尤其是经济发达地区污染较为明显。其中,民航飞机产生的温室气体是全球变暖的一个重要原因并有上升的趋势。因此，本文通过对2009中国国内国际航线资料的收集以及整理，利用比较准确的二氧化碳排放量算法对2009年中国民航业二氧化碳排放总量进行计算，看看民航业二氧化碳在温室效应中扮演着怎样的一个角色。中国民航大学本科毕业设计（论文）II目录引言.................................................................3第1章绪论.........................................................41.1温室效应概述...................................................41.2“温室效应”增强后的危害.......................................51.3造成温室效应的气体.............................................61.4研究背景及目的.................................................7第二章二氧化碳排放量的计算方法.2.1飞行阶段的划分2.1二氧化碳排放计算方法第三章2009中国民航二氧化碳排放量的估算中国民航学院本科毕业设计（论文）-3-引言中国作为全球民航大国，其民航业的发展速度达到了空前的状态。一方面，民航在交通运输环节有着快捷、安全的特点，为人们的生活以及交通带来了极大的便利，对国家经济的发展起着至关重要的作用。然而另一方面，伴随着民航飞机数量逐年快速上升以及全国航线和航班数量的频繁化，再加上近年来大型飞机的使用越来越普遍，飞机消耗的燃油总量快速增长，由此民航业所产生的大气污染物和温室气体的排放量也越来越多。尤其是近几年，飞机起降排放产生的污染物以及由民航业带动的机场周围大量机动车辆行驶所排出的污染物已经对居民的生活环境构成了一定程度的破坏。另外，由于飞机通常在高空巡航飞行，而大气污染物在高空排放所引起的对环境的破坏程度比在地面上更为严重，所以飞机巡航过程中的污染物排放也十分值得关注和研究。由于中国正处于社会主义初级阶段，有其独特的经济发展模式，发展的程度与地域的分布有着紧密的联系，而民航业的分布与社会经济形式直接挂钩，所以中国的民航机场分布随着城市经济呈现出由东到西由密到疏的非平衡的格局，因此对于经济较为发达的东部，民航污染排放的研究更加有意义和重要。从时间角度来讲，民航整体发展是呈上升态势的，所以相应的污染排放也呈上升态势。值得注意的是，随着新型飞机的加入，民航业整体的机队科技含量越来越高，先进的飞机发动机由于燃烧效率的提高以及其它技术上的革新，排放系数大大降低，这对于污染排放起到了一个良性的作用。同时，随着绿色环保的主题在人们心中越来越被重视，人们对于生活环境的要求也越来越高，所以减少排放成为了十分重要的一项措施，是保护环境的根源途径。总而言之，在大力发展民航事业的同时，如何确保与环境的和谐共处，是摆在民航从业人员乃至全体公民面前的难题。我们必须通过对民航业污染排放的数据进行统计和分析，研究出针对中国民航特色的可行的有效的方法和措施，并付之于行动。一方面，从改进航空技术着手，提高航空燃油的燃烧效率，降低运营成本和污染排放量，并利用节约的资源作继续深入的研究和改进，形成一个以高效和环保为最终目的的良性循环；另一方面，提高全民的环保意识，优化民航人员配置，改善民航企业管理以及创造更为先进的运营手段，从而提高民航资源的利用率和运输效率，实现民航业的健康发展。中国民航学院本科毕业设计（论文）-4-第1章绪论1.1温室效应概述‘温室效应’是指地球大气层上的一种物理特性。假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在合宜的15℃，而是十分低的-18℃。这温度上的差别是由于一类名为温室气体所引致，这些气体吸收红外线辐射而影响到地球整体的能量平衡。在现况中，地面和大气层在整体上吸收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射到太空外(图一)。但受到温室气体的影响，大气层吸收红外线辐射的份量多过它释放出到太空外，这使地球表面温度上升，此过程可称为‘天然的温室效应’。但由于人类活动释放出大量的温室气体，结果让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了‘温室效应’的作用。图一简略地说明地球大气层的长期辐射平衡情况。太阳总辐射量(240瓦每平方米)和红外线的释放量应要均等。其中约三分之一(103瓦每平方米)的太阳辐射会被反射而余下的会被地球表面所吸收。此外，大气层的温室气体和云团吸收及再次释放出红外线辐射，使到地面更暖，高出约33℃。(来源:IntergovernmentalPanelonClimateChange,1994:RadiativeForcingofClimateChangeandAnEvaluationoftheIPCCIS92EmissionScenarios,CambridgeUniversityPress,U.K.)中国民航学院本科毕业设计（论文）-5-1.2“温室效应”增强后的危害1)气候转变：‘全球变暖’温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的份量达至新的平衡。这转变可包括‘全球性’的地球表面及大气低层变暖，因为这样可以将过剩的辐射排放出外。虽然如此，地球表面温度的少许上升可能会引发其他的变动，例如：大气层云量及环流的转变。当中某些转变可使地面变暖加剧(正反馈)，某些则可令变暖过程减慢(负反馈)。利用复杂的气候模式，‘政府间气候变化专门委员会’在第三份评估报告估计全球的地面平均气温会在2100年上升1.4至5.8度。这预计已考虑到大气层中悬浮粒子倾于对地球气候降温的效应与及海洋吸收热能的作用(海洋有较大的热容量)。但是，还有很多未确定的因素会影响这个推算结果，例如：未来温室气体排放量的预计、对气候转变的各种反馈过程和海洋吸热的幅度等等。2)海平面升高假若‘全球变暖’正在发生，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。预期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之间。由此对人类生活造成的潜在影响如下:1)经济的影响全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内，其中大部份住在海港附近的城市区域。所以，海平面的显著上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害，例如：加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。2)农业的影响实验证明在CO2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。但是，‘全球变暖’的结果可会影响大气环流，继而改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球变暖’对各地区性气候的影响，以致对植物生态所生成的转变亦未能确定。3)海洋生态的影响沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可会减少淡水鱼的品种数目，相反该地区海洋鱼类的品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所受的影响仍未能清楚知道。4)水循环的影响中国民航学院本科毕业设计（论文）-6-全球降雨量可能会增加。但是，地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更多雨量，但有些地区的雨量可能会减少。此外，温度的提高会增加水份的蒸发，这对地面上水源的运用带来压力。1.3造成温室效应的气体几种主要温室气体的特性温室气体源汇对气候的影响二氧化碳(CO2)1)燃料2)改变土地的使用（砍伐森林）1)被海洋吸收2)植物的光合作用吸收红外线辐射，影响大气平流层中O3的浓度甲烷(CH4)1)生物体的燃烧2)肠道发酵作用3)水稻1)和OH起化学作用2)被土壤内的微生物吸取吸收红外线辐射，影响对流层中O3及OH的浓度，影响平流层中O3和H2O的浓度，生成CO2一氧化二氮(N2O)1)生物体的燃烧2)燃料3)化肥1)被土壤吸取2)在大气平流层中被光线分解与及和O起化学作用吸收红外线辐射，影响大气平流层中O3的浓度臭氧(O3)光线令O2生成光化作用与NOx，ClOx及HOx等化合物的催化反应。吸收紫外光及红外线辐射一氧化碳(CO)1)植物排放2)人工排放（交通运输和工业）1)被土壤吸取2)和OH起化学作用影响平流层中O3和OH的循环，生成CO2氯氟碳化合物(CFCs)工业生产在对流层中不易被分解，但在平流层中会被光线分解和跟O生成化学作用吸收红外线辐射，影响平流层中O3的浓度二氧化硫(SO2)1)火山活动2)煤及生物体的燃烧1)干和湿沉降2)与OH生成化学作用形成悬浮粒子而散射太阳辐射中国民航学院本科毕业设计（论文）-7-1.4研究背景及目的在造成温室效应的气体中,二氧化碳影响所占的比例为72.37%.空气中含有二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。这是由于大气中的二氧化碳始终处于“边增长、边消耗”的动态平衡状态。大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分0.03%（体积分数）始终保持不变的原因。但是近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。中国民航学院本科毕业设计（论文）-8-航空占世界运输中CO2排放的份额轻型车辆重型车辆铁路与内河海运空运轻型车辆重型车辆铁路与内河海运空运上图是各部门二氧化碳排放所占的比例,其中的空运对气候变化的影响以前都是被低估的,联合国的一项研究表明，商业航运的二氧化碳排放量几乎是以前估计的近3倍.据英国《卫报》报道，全球航运每年排放约11.2亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳排放量的4.5%，国际海事组织先前估计为4亿吨。而在目前的时代背景下,航空业将更加迅猛的发展,随之而来的就是污染物排放量的增加,因此,有必要对航空业二氧化碳的排放进行分析,对民航业二氧化碳排放量进行计算，看看民航业二氧化碳的排放对环境造成了什么样的影响，根据影响其排放的因素采取措施,在航空业大力发展的同时控制好污染物的排放.中国民航学院本科毕业设计（论文）-9-第二章:计算二氧化碳排放的方法2.12.1飞行阶段过程的划分：如下图：每一次飞行都可以分为以下几个阶段：(1)滑行/慢车（2）起飞（3）爬升（4）巡航（5）进场着落其中（1）（2）（3）（5）可以使为一个阶段--起飞着落循环阶段（LTO-cycle）（这一阶段与巡航阶段的分界点是1000米（3000英尺）2.2二氧化碳排放量计算方法：（1）影响因素：二氧化碳的排放来源于飞机的煤油和航空汽油的燃烧，航空器有仅用于销型的活塞式发动机飞机，占民航业比例不到1%。影响航空器二氧化碳排放的主要因素有。飞机机型。发动机和燃油的种类。燃油的排放系数。飞行的距离。飞机的