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1、上海理工大学节能减排课程第1讲CO2减排的科学问题和社会问题,华泽钊2010年9月,CO2减排的科学问题 1，什么是温室效应;地球温室效应的两面性 2，全球变暖与CO2排放的关系 3，全球变暖的确定性及其争议 4，CO2 的直接排放和间接排放 5,降低大气层中 CO2 浓度的思路和可行的方法CO2减排的社会问题 6，CO2排放与社会发展的关系 7，低碳经济、碳交易及其他 8，京都议定书和哥本哈根会议 9，我们能为CO2减排做些什么,CO2减排的科学问题1，什么是温室（Green House）效应;地球温室效应的两面性,太阳是地球热量的唯一来源-太阳照射到地球的平均热量343W/m2-地球吸收的
2、平均热量240 W/m2,地球的温室效应,地球温室效应的两面性,2，全球变暖与CO2排放的关系1998年至2007年是有气象记录以来最热的10年，近百年来，全球地表平均温度上升了0.74摄氏度。(IPCC 2007),大气中 CO2 的浓度变化(IPCC 2007),全球温度预测是计算模拟得到的-不同的模型计算结果有较大的偏差-(IPCC 2007),3，全球变暖的确定性及其争议,全球变暖的确定性：1988年建立“联合国政府间气候变化专门委员会”IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)共作了4 次评估报告（1990，1994，2001，20
3、07）；1997年签定了京都议定书；IPCC与美国前副总统戈尔获2007年诺贝尔和平奖。全球变暖争议的4个层次问题：（1）是全球“气温变暖”还是“气温变化”？（Climate Change or variation）（2）全球“气温变暖”是坏事；还是也具有两面性？（3）全球“气温变暖”成因：“自然的强迫”和“人类活动的强迫”哪个是主因？（4）如肯定“人为强迫”是主因，二氧化碳、水蒸气等因素各自起多大的作用？,1976年美国标准大气的气温廓图(，2008),气候变化的“自然强迫”与“人为强迫”,人类活动对气候的影响-称为“人为强迫”(human forcing)；太阳活动变化、火山爆发等对气候的
4、影响，称为“自然强迫”(natural forcing)或“外部强迫”(external forcing)。IPCC对“辐射强迫”（Radiative forcing）：研究各因素造成的辐 射流率（W/M2）的变化，有其特定的含义：位置：是在大气层的对流层的顶部（即在“对流层”和“平流层”之间）时间：指与工业化以前（取1750年）相比。,IPCC-2007给出的辐射强迫中“人为强迫”和“自然强迫”的数量范围,工业革命（1750年）以来几种温室气体的增长及其产生的“辐射强迫”,Global warming controversyFrom Wikipedia,the free encycloped
5、iaJump to:navigation,searchIt has been suggested that Climate change denial be merged into this article or section.(Discuss)The global warming controversy is a dispute regarding the nature,causes,and consequences of global warming.The disputed issues include the causes of increased global average ai
6、r temperature,especially since the mid-20th century,whether this warming trend is unprecedented or within normal climatic variations,and whether the increase is wholly or partially an artifact of poor measurements.Additional disputes concern estimates of climate sensitivity,predictions of additional
7、 warming,and what the consequences of global warming will be.The controversy is significantly more pronounced in the popular media than in the scientific literature.1,关于全球变暖的争议不确定性(Wikipedia和地球科学进展2008),影响大气温度的几个因素及其不确定性,太阳辐射的变化(2)地球轨道的变化(3)火山爆发和气溶胶的冷却效应太阳伞(4)温室气体的浓度变化,太阳辐射能量的变化,公元以来2000年地球气温的变化,火山爆
8、发、地震对气候的影响,火山气体包括水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氟和氯等。它们在空中形成气溶胶，滞留在大气层中，会产生“太阳伞作用”：反射和吸收太阳辐射，使太阳辐射的能量不能完全到达地表，到达地面的太阳光少了，气温就会降低。有专家认为，海底的火山、地震会将海底冰冷的海水“翻”到海洋表面，使全球气温下降。,大规模的火山喷发会在不同程度上造成区域或全球的气候变冷,1815年，印度尼西亚松巴哇岛的坦博拉火山突然喷发，爆发指数为7级，持续了大约3个月，让全球温度降低了近3；20世纪以来最大的一次火山爆发是1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，这场高达6级的火山喷发，导致全球平均温度降低0.5。最近的冰
9、岛火山爆发只有3级，对全球气温影响应当不大。,几种主要的温室气体及其对温室效应的贡献程度,水蒸气的贡献：3672%二氧化碳：926%甲烷：49%臭氧：37%目前的主流观点：人类的活动并不会明显的影响水蒸气的含量,各种温室气体的吸收波段,大气中水蒸气含量与温度的关系-正反馈,大气中水蒸气含量不变化吗？在美国科罗拉多测得在平流层和其他高度水蒸气含量的变化在整个大气层变化：0.40%；在地球表面变化：1%-4%,Trenberth-Kiehl 1997年给出的全球全年平均能流情况(Bull.Am.Meteorological.Soc.,1997),Trenberth-Fasullo-Kiehl 20
10、09年给出的全球全年平均能流情况(Am.Meteorological.Soc.,2009),关于2篇论文中全球能流数据的比较，w/m2,尽管全球变暖的问题存在着不确定性，但是“节能减排”是永恒的课题。2010年上海世博会 Better City,Better Life 主题就是-“节能减排”。,4，CO2 的直接排放和间接排放发电方式与CO2 排放的关系（g CO2/kwh）(www.airah.org.au),例1：冰 箱,例2：汽 车：电动汽车对减少区域排放大有好处。电动汽车CO2的直接排放=0；CO2间接排放：要充电，取决于发电的方式和电瓶的效率。,5,降低大气层中 CO2 浓度的思路和
11、可行的方法,（1）减少能量（主要是电能）的消耗。如提高各种机械、设备的能效；降低建筑物的能耗等。（2）改善能源结构，降低产生每度电的CO2的排放量。（3）扩大森林面积，增加地球表面对CO2的吸收。（4）研究和开展回收CO2的技术。,化石燃料燃烧释放的CO2的去向（IPCC 2001，利用大气中 O2 的测量结果估算）(大气辐射学，2007),CO2减排的社会问题6，CO2 的排放和 社会发展 人均GDP 和人均累计CO2排放量的关系(76国的数据）（中国科学D,2009/8）,六大国累计排放与GDP的关系（1960-2005）（中国科学D,2009/8）,几个发达国家经济发展与人均排放的关系（
12、中国科学D,2009/8）,“碳排放权”亦是“人权”的部分体现,发达国家有今天的发展是在长期大量碳排放的基础上造就的，所以不能因为现在需要减排了就限制发展中国家的发展权和排放空间。一个国家发展阶段越晚，其排放空间就越少，发展中国家必须在有限的碳排放空间实现可持续发展，而空间依然越来越多地被发达国家占领，因此，发达国家应该减少其人均排放，他们应该设立更高的目标，如果不能实现它们的减排目标，应该向发展中国家购买排放配额。,7，低 碳 经 济、碳 交 易 及 其 他（Low-Carbon Economy，Carbon Market）,低碳经济是低能耗能、低污染、低排放为基础的经济模式。低碳经济实质是
13、能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题。核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。在此背景下，“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳城市”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。,“碳 交 易”（Carbon Market）2001年联合国气候变化框架公约第七届缔约国会议，通过落实京都议定书机制的一系列决定文件，称为“马拉喀什文件”，第18/Cp.7号决定“京都议定书第十七条的排放量贸易的方式、规则和指南”，制定了碳交易的三种机制。,据联合国和世界银行预测，全球碳交易于20082012
14、年间，市场规模每年可达600亿美元;2012年全球碳交易市场容量可达1500亿美元，有望超过石油市场成为世界第一大市场。从今年起，联合国将发行以CER（核证减排量）为首的5种碳信用额。全球主要市场对碳交易的关注正日益升级。,“碳关税”,“碳关税”，是指对高耗能的产品进口征收特别的二氧化碳排放关税。主要针对进口产品中的碳排放密集型产品，如铝、钢铁、水泥、玻璃制品等产品而进行的关税征收。2009年3月17日，美国能源部部长朱棣文在美国众议院科学小组会议上称，为了避免使美国制造业处于不公平竞争状态，美国计划征收进口商品的“碳关税”。6月22日，美国清洁能源安全法案获得众议院通过，该法案规定，美国有权
15、对包括中国在内的不实施碳减排限额国家进口产品征收碳关税。,8,京都议定书与哥本哈根会议,1997年京都议定书（1998-2012）,目标是“将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”。通过明确发达国家温室气体排放的具体责任和义务；同时又不为发展中国家引人除公约义务以外的任何新义务。即“共同但有区别的责任”,2009年哥本哈根会议,丹麦首都哥本哈根-俗称：哥本哈根世界气候大会 气候峰会（最后2天）-正式名称为联合国气候变化框架公约缔约方第15次会议 COP 15-同时是 京都议定书第5次缔约方会议 MOP 5,会议的目标是讨论一项协定，以取代2012年到期
16、的京都议定书:1.发达国家的废气减排目标；2.发展中国家对减少废气排放的承诺；3.对发展中国家的财政与技术支援，以鼓 励它们减少废气排放与适应气候变化 的冲击；4.成立有治理能力的有效体制架构，以处理发展 中国家对气候变化的财政需要。,COP 15 与 MOP 5坚持还是否定京都议定书,联合国气候变化框架公约缔约方第15次会议 COP 15-与 京都议定书第5次缔约方会议 MOP 5,京都议定书与公约的最主要区别：公约鼓励发达国家减排；京都议定书强制要求发达国家减排，具有法律约束力。有一些发达国家对京都议定书制定的“共同但有区别的责任”原则不满，试图抛开京都议定书，另起炉灶，让发展中国家也纳入
17、“强制减排”。,CO2减排对国家利益的重大影响及政治家的博弈,2001年，美国总统布什刚开始第一任期就宣布美国退出京都议定书，理由是：1，全球变暖存在着不确定性；2，议定书给美国经济带来过重负担；3，要将中国和印度等处于经济快速 发展中的国家列入减排承诺的名单。,中国立场:“共同但有区别的责任”,1，目前的大气中二氧化碳浓度高，主要是美国等发达国家100年的“贡献”，发展中国家难道应该为这“买单”吗；即使目前中国的碳排放量已经超过美国,但中国人均排放量也仅为美国的四分之一左右。2，长期以来，发达国家逐渐把高碳排放的产品转移到发展中国家；而制成产品后再销往发达国家。发达国家应当对其中的碳排放负责
18、。3，发展中国家仍在以经济和社会发展及消除贫困为首要和压倒一切的优先事项。“排放权”也是人权。,9,我们为节能减排做些什么,1,发展模式的变化思想观念的变化：从追求“快速发展”转向“科学发展”；从追求“经济发展”转向“节能减排”；“黑色发展模式”转向“绿色发展模式”合适的发展速度：（根据我国九五期间情况分析）当经济增长率8-9%，能源增长率、CO2排放都是低增长；当 经济增长率8-9%，能源增长率、CO2排放都是高增长。力争将CO2排放的高峰拐点出现的年度，由2035-40年，提前到2020-2025年。,2050年前我国碳排放情况的几种预测（中国科学D,2009/12）,2,国家层面的大动作
19、（1）改变发电的方式，发展低CO2排放的发电方式“源”风能、水能、特别是核能。（2）大量植树造林，增加对CO2排放的吸收“汇”。（3）大力开支节能工作。“节能”就能“减排”。（4）大力开展CO2排放技术的研究和推广。,2009年11月25日国务院常务会议的决定,通过大力发展可再生能源、积极推进核电建设等行动，到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右；通过植树造林和加强森林管理，森林面积比2005年增加4000万公顷，森林蓄积量比2005年增加13亿立方米。到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规
20、划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。,12月7日，中国政府代表团首席谈判代表、国家发改委副主任解振华在哥本哈根大会新闻中心召开新闻发布会：中国承诺2020年前单位GDP碳强度下降40%45%，相当于减排15亿吨的二氧化碳，占全球减排量的四分之一。“我们该做的我们做了，不该我们做的也做了”。,3，我们应当重点关心的问题（1），中国已经成为年CO2排放总量最多的国家；(2)，在相当长的时期内，燃煤发电仍然是发电的主要方式，因此必需努力研究提高燃煤发电效率、减少CO2排放的新技术；(3)，发展其他CO2排放较低的发电方式如核能、风能、水能、太阳能等。其中特别是核能；,(4)，开展CO2“回收”
21、技术的研究。(5),开展日常生活中节能：0.975 kgCO2/1度电;2.3kg CO2/升汽油。(6)，提出一些新的想法，开展些创新性的学术研究：如热学、辐射光学、特殊材料学、复杂系统学、生物系统学、以及由此引起的经济学和社会学问题等。,可以阅读的材料1.IPCC(2007):”Summary for Policymaker”.Climate Change 2007:The Physical Science Basis.Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernment
22、al Panel on Climate Change.2.Australian Institute of Refrigeration Air conditioning and Heating Inc(AIRAH),Refrigerant selection guide,Australia,2003,www.airah.org.au3.Feichter J.,Leisner T.,Climate engineering:A critical review of approaches to modify the global energy balance,2009,The European Phy
23、sical Journal Special Topics,176,81-924.Wallace J.M.,Hobbs V.P.,2006,Atmospheric Science:An introductory Survey,2006,Elsevier Inc.,有中译本，何金海等译，丁一汇校，大气科学，2008，科学出版社，北京5.任国玉,气候变暖成因研究的历史、现状和不确定性,地球科学进展，2008，23，10，1084-10916.Myhre et al.,1998,New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhous
24、e gases,Geophysical Research Letters,Vol 25,No.14,pp 271527187.Hansen,J.,Sato,M.,Ruedy,R.,1997,Radiative forcing and climate response,Journal of Geophysical Research,Vol.102,No.D6,6831-68648.石广玉，大气辐射学，2007，科学出版社，北京9.Hansen,J.,etc.,Target atmospheric CO2:Where should humanity aim?,The Open Atmospheri
25、c Science Journal,2008,2,217-231,10.Rockstrom,Johan;Steffen,Will;Noone,Kevin;Persson,Asa;Chapin,F.Stuart;Lambin,Eric F.;et al.,2009,A safe operating space for humanity,Nature:472-47511.丁仲礼等，国际温室气体减排方案评估及中国长期排放权讨论，中国科学 D,2009,39(12),1659-167112.Kiehl,J.T.,and Trenberth,K.E.,1997,Earths annual global
26、mean energy budget.Bulletin of American Meteorological Society,197-20813.Trenberth,K.E.,Fasullo J.T.,and Kiehl,J.,2009,Earths global energy budget,March 2009,American Meteorological Society,311-32314.Spiro T.G.,Stigliani W.M.,Chemistry of the environment,2nd Edition,2003,Prentice-Hall,Upper Saddle R
27、iver,NJ,USA15.唐孝炎，大气环境化学，2006，高等教育出版社，北京16.盛裴轩，大气物理学，2003，北京大学出版社，北京17.钱维宏，全球气候系统，2009，北京大学出版社，北京18.Rothman,L.S.,etc.,2009,The HITRAN 2008,Journal of Quantitative Spectroscopy&Radiative Transfer,110,533-572.19.华泽钊、张华、刘宝林、邬申义编著，Refrigeration Technology，科学出版社，2009年4月.Chapter 8:Environmental Friendly R
28、efrigerants,P.173-20020.Arndt,D.C.,Baringe,M.O.,eds.,State of the Climate in 2009,Bull.Amer.Meteor.Soc.,2010,91(6),S1-224.(2010/7/29 美国国家大气海洋局NOAA 发布的2009年气候状况),Climate Chang 2007第一工作组：物理科学基础,Climate Chang 2007第二工作组：影响、适应性和脆弱性第三工作组：减缓气候变化,对大气辐射计算最有用的书,2010年7月28日，美国国家大气海洋局（NOAA）发布了2009年气候状况报告。此报告是由来自各大洲160个研究团队的300多名作者合作完成的,2本很有争议的书,最后一个问题，也是最重要的问题,科学的质疑（是创造的基础）和世界各国的统一行动（IPCC是联合国的决议）的关系,谢谢大家,欢迎批评指正并参加此方面的研究,
