复旦大学：《环境与人类》课程教学课件（讲稿）臭氧消耗和全球气候变化

复旦大学 环境科学与工程系 环境与人类 大气环境与人类 汤新 yangxin@fudan.edu.cn

大气环境与人类 杨新 yangxin@fudan.edu.cn 复旦大学 环境科学与工程系

大气层结构 Atmospheric pressure(millibars) 200 4006008001.000 120 大气层温度的变化特征 Temperature 110 对流层能吸收绝大多数地表反射 Thermosphere 65 100 的热量,随高度升高温度降低。 太阳发射出的紫外线被平流层氧 气和臭氧吸收,使得平流层温度 oEoo 升高。 70 Mesosphere上45 E 热层的大气与外界太空相连,接 受太阳辐射温度上升 Stratosphere 25 对我们的影响最直接,也 是我们主要关注的。 20 Ozone layer/15 在南北两极有7公里高 而在赤道处达到17公里。 10Pressure TroposphereS 在希腊文中“ trope”的 (Sea 0 意思是翻转。 level 80 120 Pressure 1,000 Temperature (O) millibars at ground level

• 对我们的影响最直接，也 是我们主要关注的。 • 在南北两极有7公里高， 而在赤道处达到17公里。 • 在希腊文中“trope”的 意思是翻转。 大气层温度的变化特征 对流层能吸收绝大多数地表反射 的热量，随高度升高温度降低。 太阳发射出的紫外线被平流层氧 气和臭氧吸收，使得平流层温度 升高。 热层的大气与外界太空相连，接 受太阳辐射温度上升 大气层结构

形成逆温层的主要机制 辐射逆温 沉降逆温 Temperature termperature 由于在夜间地表向外辐射 块高压气团向地面移动, 热量,近地面大气受到冷在运动过程中受到周围空 却,以致于它的温度比其 气的压缩从而升高温度, 上层空气还要低。 在地面上的一段距离处形 成逆温层

形成逆温层的主要机制 由于在夜间地表向外辐射 热量，近地面大气受到冷 却，以致于它的温度比其 上层空气还要低。 一块高压气团向地面移动， 在运动过程中受到周围空 气的压缩从而升高温度， 在地面上的一段距离处形 成逆温层。 辐射逆温 沉降逆温

2013年月中国大陆大气环流背景 circulation med 20 130201 30d 分 →→→→+份÷-;+;+ 15N··F+v -++++、 1月56hP均wntn 13E 明全降水距平百分率180 588 近30天对流层中层东亚槽偏东、范围偏大,副热带高压略偏强偏西。尤其是 月中旬以来,我国北方冷空气势力弱,大风天气减少,中东部地区低空大气长时间 处于相对稳定的状态,冬季由于地面夜间的辐射降温明显,大气低空容易出现“逆 温层”,空气的垂直方向交换流通能力变弱,不利于空气中污染物的扩散,就形成 了越聚越多的积聚效应,导致雾霾天气多发

2013年1月中国大陆大气环流背景 近30天对流层中层东亚槽偏东、范围偏大，副热带高压略偏强偏西。尤其是一 月中旬以来，我国北方冷空气势力弱，大风天气减少，中东部地区低空大气长时间 处于相对稳定的状态，冬季由于地面夜间的辐射降温明显，大气低空容易出现“逆 温层”，空气的垂直方向交换流通能力变弱，不利于空气中污染物的扩散，就形成 了越聚越多的积聚效应，导致雾霾天气多发。 1月500hPa平均场 1月全国降水距平百分率

美国EPA主要空气污染物源排放统计(2011年) CO NO National Carbon Monoxide Emissions by Source Sector National PM2. 5 Emissions by Souroe Sector National Nitrogen Emissions by Source Secto Tcta日 missions 6841519 1253,5689 Industrial frocesses 1307837 Biogenics 020946 Fuel combustio 3619 602 PM 4,067 austral Fr 324458 Miscellaneous□ 10000000 not Ton 0t00,0002000003000000 Short Tons Shart Tons VOcs ational PMO Emissions by Source Sector SO (NEI 2011 v2 GPR National Volatile Organic Compounds emi y Source Sec ational Sufur Diaxide Emissions by Source Sector Tota Emissions ota Emissions Dust 1069412 Total Emissions 40,727602 Agriculture 5286919 5424306 Industrial Processes Industrial Processes Industrial Processes 861531 Miscellaneous D E6599 Fuel ccmbustion Aarau ture t1 Sovent 22 50,000,000 5,000,0tgo000s,0o0000 Agriculture shart Tons Short Tons 0200004,000060000 Short Tons

CO PM2.5 VOCs SO2 PM10 NOx 美国EPA主要空气污染物源排放统计（2011年）

Ressporaon so2 Residents ndustry Industry 990 2000 2005 2000 2005 2010 21 ResidenMalco Resdential PM Resident BC tndustry Industry 1 IlllIT 富 Oc Residential NH3 Resident CO2 Industry 2005

酸雨(酸沉降) 纯净的雨水pH值在5.6左右,略低于中性溶液(pH=7) 显示出微弱酸性的主要原因:大气中的Co2溶于水形成 了碳酸(H2CO2 化石燃料燃烧、熔炼及其他工业活动排放的硫氧化物与 氮氧化物会进一步降低雨水的pH值,带来酸雨问题 酸雨的名称经常被误用,10%20%(甚至有时超过50%) 的酸度其实源于颗粒物的干沉降。酸的干沉降与酸经降 雨到达地表同样有害

纯净的雨水pH值在5.6左右，略低于中性溶液（pH = 7）。 显示出微弱酸性的主要原因：大气中的CO2溶于水形成 了碳酸(H2CO3 ) 化石燃料燃烧、熔炼及其他工业活动排放的硫氧化物与 氮氧化物会进一步降低雨水的pH值，带来酸雨问题。 酸雨的名称经常被误用，10%-20%（甚至有时超过50%） 的酸度其实源于颗粒物的干沉降。酸的干沉降与酸经降 雨到达地表同样有害。 酸雨（酸沉降）

二、臭氧消耗和全球气候变化

二、臭氧消耗和全球气候变化

1.序言 到目前为止,我们讨论的主要的空气污染物对环境的影 响主要限定在一个区域范围内。 ·而在这一章,我们将关注影响全球大气环境和气候的两 个实例 ·实例1:平流层臭氧消耗(目前已经被密切关注并采取 了相关措施)。臭氧问题令人惊讶的地方在于一一释放 如此微量的气体却可产生意想不到的重要后果。 ·实例2:温室效应可能造成的大尺度全球气候变化

• 到目前为止，我们讨论的主要的空气污染物对环境的影 响主要限定在一个区域范围内。 • 而在这一章，我们将关注影响全球大气环境和气候的两 个实例 • 实例1：平流层臭氧消耗（目前已经被密切关注并采取 了相关措施）。臭氧问题令人惊讶的地方在于——释放 如此微量的气体却可产生意想不到的重要后果。 • 实例2：温室效应可能造成的大尺度全球气候变化 1. 序言

2.平流层的臭氧损耗 80 70 Mesosphere H45 60 平流层底部(距地面20-30km) 50 的臭氧能吸收太阳光中的短 Stratosphere 40 25 波紫外线,减少紫外线对人 体的伤害。 30 20 Ozone layer 10Pressure Troposphere H5 对流层中的臭氧主要来自于 (Sea 0 地面排放,是一种污染物, eve)-80_400 1,000 Temperature (C) 是光化学烟雾的主要成分。1 millibars at ground let e|具有强腐蚀性,损伤肺部组 织、引起呼吸道感染;毁坏 植被

2. 平流层的臭氧损耗 平流层底部（距地面20-30km） 的臭氧能吸收太阳光中的短 波紫外线，减少紫外线对人 体的伤害。 对流层中的臭氧主要来自于 地面排放，是一种污染物， 是光化学烟雾的主要成分。 具有强腐蚀性，损伤肺部组 织、引起呼吸道感染；毁坏 植被