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1、,第十二章 大气污染与全球气候,2,温室气体与全球气候变化臭氧层破坏问题致酸前体物与酸雨大气棕色云,本章主要内容,气候变化与温室效应影响气候变化的大气成分人类活动对气候的影响气候变化的影响应对措施与策略,一、温室气体与全球气候变化,3,4,一、温室气体与全球气候变化,全球气候变化与温室效应,全球气候变化：在全球范围内，气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间的气候变动。,NOAA,5,一、温室气体与全球气候变化,全球气候变化与温室效应,全球气候变化,Years C/decade,25 0.1770.052,6,一、温室气体与全球气候变化,全球气候变化与温室效应,温室效应：温室气体
2、吸收长波辐射并再反射回地球，减少向外层空间的能量净排放，使大气层和地球表面变热,长寿命温室气体：CO2、CH4、CFCs、 N2O,7,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,南极冰芯中提取的大气中温室气体浓度变化,8,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,CO2,全球大气中CO2浓度已由工业化前时代的约280ppm增加到2011年的390ppm,9,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,CO2,过去10年大气中CO2浓度以1.8ppmv/年 的速率增长，而过去50年平均仅为1ppmv/年。,10,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,CO
3、2,11,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,CH4,全球大气CH4浓度值从工业化前的约715ppb增至2011年的1803ppb；1999-2006增速：1.99ppb/年；2007-2011增速：6ppb/年,12,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,N2O,全球大气中N2O浓度值已从工业化前时代的约270ppb增至2011年的324ppb,13,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,CFCs,14,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,气溶胶,大气气溶胶和温室气体对全球温度的联合作用,兰线是包括温室气体和气溶胶的共同作用；红线是
4、去除了硫酸盐气溶胶作用后，全球平均温度的变化,15,一、温室气体与全球气候变化,辐射强迫(Radiative forcing)全球地球-大气系统可获得的净辐射能量，W/m2正的辐射强迫会使地球表面和低层大气变暖，负的辐射强迫使其变冷。 辐射强迫值依赖于每种温室气体浓度增加的大小，相关气体的辐射特性，以及业已存在在大气中的其它温室气体的浓度。,影响气候变化的大气成分,全球变暖潜势(global warming potential,GWP) 某一给定物质在一定时间积分范围内与二氧化碳相比而得到的相对辐射影响值。,16,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,辐射强迫：2005年与工业革
5、命前（1750年）相比,17,一、温室气体与全球气候变化,影响气候变化的大气成分,主要温室气体及其特征,18,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,人类活动是气候变化的主要原因,自20世纪中叶以来，大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致的,19,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,受人类活动影响的全球碳循环(2002-2011年),Source: Le Qur et al. 2012; Global Carbon Project 2012,单位：pg,20,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,化石燃料和水泥生产的
6、CO2排放,Source: Peters et al. 2012a; Le Qur et al. 2012; CDIAC Data; Global Carbon Project 2012,21,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,化石燃料和水泥生产的CO2排放：燃料与部门贡献,燃煤：43%,燃油：36%,燃气：18%,水泥：3%,22,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,化石燃料和水泥生产的CO2排放：按国家排序,2011年全球二氧化碳排放量前14国家,人口：45%GDP：46%CO2排放：56%,23,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,化石燃料和水
7、泥生产的CO2排放：人均排放,2011年人均二氧化碳排放量,24,一、温室气体与全球气候变化,人类活动对气候的影响,化石燃料和水泥生产的CO2排放,25,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,Extreme weather,Glacierretreat,Sea level rise,Human health,Ecosystem & biodiversity,Ice & snow melting,Hurricane,26,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,IPCC, 2012,海平面上升：1.4-2mm/年;1993年以来2.7-3.7mm/年,27,一、温室气体与全球气候变化,
8、气候变化的影响,海平面上升,海平面上升将影响河口湾生态系统和海岸带经济,1.辽河下游平原2.华北平原3.华东平原4.涵江三角洲5.珠江三角洲6.广西沿海平原7.琼北平原8.台湾沿海平原,中国沿海平原脆弱带,70%大城市、一半人口和60%国民经济生产位于海岸带低洼地区,广州,北京,天津,上海,汕头,1,2,3,4,8,5,7,6,28,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,29,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,Observed sea ice changesSource: NASA,30,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/
9、冰川面积减少,北极年平均海冰面积以每10年2.7%的速率减少,September Average Arctic Sea Ice Extent, 19792009,31,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,(Ice/Snow albedo: 0.9)(Ocean albedo: 0.1),ICE/SNOW,Water,0.9,0.1,32,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,Rongbuk glacier in 1968 (top) and 2007 (bottom). The largest glacier on Mount Everes
10、ts northern slopes feeds Rongbuk River.,1968,2007,33,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,Xu et al., 2009, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, PNAS,34,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,35,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,雪盖/冰川面积减少,36,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,农业和自然生态系统,Change in latitude o
11、f bird center of abundance,37,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,气象灾害事件,1980-2010年全球重大气象灾害次数显著增加,38,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,气象灾害事件,1950年2000年，中国农田因洪涝灾害受灾面积平均为937万公顷，因洪涝灾害减产粮食约占同期全国平均粮食产量的3%左右,气象灾害影响大、损失重,干旱和洪涝灾害影响最大,39,一、温室气体与全球气候变化,气候变化的影响,如果全球平均增温幅度超过23，在目前所评估到的物种中，约20%30%可能会灭绝,升温11.5，缺水人口增加4-11亿升温34，缺水人口增加11-32
12、亿,全球升温1.5-2C，粮食减产的风险增大,2以下的升温都很可能对健康造成不利影响,2以下的升温会导致极端事件强度、频度和位置发生改变; 升温23以上，冬季降水强烈增加而积雪减少，许多地区洪水多发,全球升温1.5-2C，更多人口遭受海岸线洪水的风险,气候变化已经对人类生活造成影响，并将可能导致灾难性后果,40,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,利用碳循环模式可以把排放与温度直接关联起来，得到不同二氧化碳浓度情景下的排放和增温值,大气1ppm CO2相当于 2.12 109 吨C,温室气体减排,41,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,要使升温2以下的几率在50%以上，IPC
13、C AR4 WGIII的第一和第二类情景的低端符合条件,第一类情景意味着峰值为500ppmCO2当量，2015-2020年GHGs排放达到峰值，2050年全球在2000年的基础上减排50%。,温室气体减排,42,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,温室气体减排,发展中国家2020年前排放达到峰值，发达国家2020年和2050年分别比1990年减排30%和85%,43,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,温室气体减排,实现GHG浓度稳定的减缓组合,44,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,温室气体减排,不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量,45,一、温室气体与全球气候变化,
14、应对措施和策略,温室气体减排,到2020年, 可再生能源占能源消费总量的15；,风电的发展潜力,Note: The first number is wind power potential, the number in bracket is the ratio of wind potential to current electricity.,McElroy et al., Science, 2009,46,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,温室气体减排,到2020年, 可再生能源占能源消费总量的15,到2030年,煤电发电量小于总发电量的60%,20102020年间，煤电比例每5年
15、降低 45%,47,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,对气候变化的适应,自然或人类系统对新的变化或变化的环境进行的调整过程即使在全球减排行动采取之后，气候变暖也不会停止或逆转，只能减缓变化的速度，以允许生物系统和人类社会有更多的时间去适应,海洋的响应很慢，气候系统有很大的惯性。如果所有的排放今天立即停止，海洋将会持续地增暖几十年，直到最后它达到一个新的平衡态。从化石燃料改变为清洁和可再生能源需要时间，因而还会有进一步的排放。由于在将来这是不可避免的，因而适应气候变化在长时期是必需的。,48,一、温室气体与全球气候变化,应对措施和策略,对气候变化的适应,49,一、温室气体与全球气候变化
16、,应对措施和策略,控制气候变化的国际行动,50,温室气体与全球气候变化臭氧层破坏问题致酸前体物与酸雨大气棕色云,本章主要内容,大气臭氧层的主要特征臭氧层破坏现象平流层臭氧形成及破坏机理消耗臭氧层的物质应对臭氧层破坏的措施与策略,二、臭氧层破坏问题,51,大气臭氧层的主要特征,二、臭氧层破坏问题,52,臭氧的垂直分布,大气臭氧层的主要特征,二、臭氧层破坏问题,53,臭氧层的作用,大气臭氧层的主要特征,二、臭氧层破坏问题,54,平流层臭氧的水平分布,Dobson：假定垂直气柱中的O3全部集中起来成为一个纯臭氧层，用这一纯臭氧层在00C、1个大气压下的厚度来度量O3的总含量，厚度为10-3cm时定义
17、为一个DU。在标准状态下，全球臭氧层的平均厚度约为300DU。,臭氧层破坏现象,二、臭氧层破坏问题,55,出现时间：每年9-11月,臭氧层破坏现象,二、臭氧层破坏问题,56,臭氧洞：臭氧的柱浓度小于200DU，即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的区域。,平流层臭氧的形成机理,二、臭氧层破坏问题,57,平流层臭氧的形成机理,二、臭氧层破坏问题,58,纯氧理论,平流层臭氧的形成机理,二、臭氧层破坏问题,59,平流层大气中的活性催化物质通过链式反应消除臭氧,Y + O3 YO + O2YO + O Y + O2总反应：O3 + O 2O2,Y三类物质：奇氮（NO、NO2）、奇氢（H、OH、HO
18、2）和奇卤（Cl、ClO、Br、BrO，来自于哈龙）等。,催化清除理论,平流层臭氧的形成机理,二、臭氧层破坏问题,60,MeElroy等提出如果溴的浓度在1510-93010-9范围，它将通过BrO与ClO的偶联反应对O3的减弱起重要作用 (由于BrO键能比ClO小，溴的破坏作用比ClO更大）：,催化清除理论,平流层臭氧的形成机理,二、臭氧层破坏问题,61,南极臭氧空洞的形成,消耗臭氧层的物质(ODS),二、臭氧层破坏问题,62,消耗臭氧层的物质(ODS),二、臭氧层破坏问题,63,臭氧层破坏的应对措施与策略,二、臭氧层破坏问题,64,开发消耗臭氧层物质的替代技术无氟氯昂制冷设备淘汰消耗臭氧层
19、物质的措施环境管理手段 经济手段国际行动1985年，28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议定书,臭氧层破坏的应对措施与策略,二、臭氧层破坏问题,65,蒙特利尔议定书及其修订案所包括的ODSs,臭氧层破坏的应对措施与策略,二、臭氧层破坏问题,66,在议定书缔约方国家的努力下，全球保护臭氧层工作取得显著效果,臭氧层破坏的应对措施与策略,二、臭氧层破坏问题,67,大气中消耗臭氧物质浓度变化,68,温室气体与全球气候变化臭氧层破坏问题致酸前体物与酸雨大气棕色云,本章主要内容,69,四、大气棕色云,人为源气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）的年均值超过0.3，而且吸收气溶胶的比例达10以上的区域为全球大气棕色云热点区域。,全球五大气棕色云热点区域：亚洲东部、亚洲南部的印度中央平原、东南亚地区、非洲南部以及南美洲亚马逊流域,2001-2003年间四个季节的人为气溶胶光学厚度 (a:为冬季；b为春季；c为夏季；d为秋季),非洲南部,大气棕色云,70,四、大气棕色云,全球黑炭排放量,71,四、大气棕色云,中国黑炭排放量, Emission share Residential: 55%65% Industry: 25%33% Mobile: 5%11%,
