温室效应与全球变暖

➢ 自工业革命以来，由于石化燃料燃烧，大气中的CO2浓 度上升了约70/cm3·m-3。1995年全球CO2总排放量为 220/亿t。世界上CO2排放量最多的前15个国家见表2。 到下世纪中叶，世界能源消耗的总格局不会出现根本性
的变化，人类将继续以石化燃料作为主要能源。同时随
着经济和社会的发展，能源的需求量还将大大增长， CO2浓度会继续增长，达到工业革命以前水平的10倍左 右。
1992年签署的《联合国气候变化框架公约(UNFCCC)》的 每个缔约国都承诺“……采取国家政策及相应的措施,通过限制 其温室气体的人为排放,保护和增强温室气体的汇和库,以减缓 气候变化”。
二氧化碳处理技术
➢ 1.从大气中分离固定二氧化碳 ➢ 2.从燃放气中分离处理二氧化碳 1)物理吸收法 2)膜分离法 3)变压(变温)吸附法 4)海洋处理法 5)地下处理法 ➢ 3. 化学法 1)化学吸收法 2)碳氢化合物转化法 ➢ 4. 物理-化学法
CO2
源：植物呼吸作用，海洋的非生物物理化学过程， 化石燃料 燃烧（全世界每年燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料排放 到大气中的ＣＯ2总量折合成碳大约是6Gt；每年由于土地利 用变化和森林被破坏释放约1 .5Gt碳。）
汇：植物光合作用，海洋的非生物物理化学过程（ 每年 3.7Gt碳被海洋和陆地生物圈吸收）
HFCs(氢氟碳化物)
源：工业生产 汇：对流层与ＯＨ反应以及在平流层光化分解
二. 温室效应的影响与危害
❖ 主要温室气体浓度及增长趋势
➢ CO2 从1959年到1998年，大气CO2浓度从315.83×10 -
6(体积含量，下同)，增加到366.7×10-6，增加了 16.1%(表1)。大气CO2浓度与工业CO2排放量之间有近 似的比例关系，1959～1979年间这一关系非常明显。 20世纪80年代大气CO2浓度以1.5×10-6/a的速率高速增 加，1988年以后增加速率明显下降，但1993年以后增 长速率又恢复到80年代的平均水平。值得一提的是， 1997～1998年度的增加速率2.9×10-6/a是有记录以来 最大的一次。
需特别强调的事，目前人们比较关心的是温室效应增强与全 球气候变暖之间的关系。但这并不是指正常情况下的温室效 应对气候变化的作用。现在人们所关心的是异常的温室效应 即增强的温室效应与全球气候变化之间的关系。
❖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。
Ｃｌ和Ｏ(1Ｄ)等氧化，约40Ｔｇ/ａ(32～48Ｔｇ/ａ)； (3)被土壤吸收，约30Ｔｇ/ａ(15～45Ｔｇ/ａ)。
Ｎ2Ｏ
自然源：包括海洋以及温带、热带的草原和森林生态系统 人为源：农田生态系统、生物质燃烧和化石燃烧、己二酸以及硝 酸的生产过程
汇：在平流层被光解成ＮＯｘ，进而转化成硝酸或硝酸盐而通过 干、湿沉降过程被清除出大气
➢ 含氯氟烃(CFCs)是人工合成物，主要包括CFC-11、 CFC-12等，主要来源是工业生产。它们在大气中的浓 度由30多年前的0增加到目前的约1×10-9。随着各国逐 渐禁止使用这些物质，它们的浓度会逐渐下降。
❖温室效应的危害
➢ 气温变暖使海平面上升
据统计，近百年来随着全球气温增高大约0.8℃，全球海平面大约上升了10-15 ｃｍ。
➢ 有关实验证明，这些气体中的任何一种在大气中的含量增加 都有利于大气吸收更多的地面长波辐射，使地面温度升高。
➢ 相当部分地面辐射向大气的长波辐射将被上述的温室气体等 所吸收。
➢ 最重要的是各种人为活动，包括农业活动、取暖、工业生产 都不可避免地向外释放大量的温室气体。说明温室气体排放 增加导致的温室效应增强是全球变暖的主要原因之一。如图 1。
❖ 大气CO2的浓度与温室效应相关性（续）
➢ 大一气倍中，的即达CO到2的56浓0p度pm增v加， 全球地面温度将提高 1—5℃左右。
➢ CO2浓度的增加并不一定使 地球上不同地区产生相同的 温度变化： 增温在两极大 于赤道，高纬地区大于低纬 地区，冬季大于夏季。
➢ 图4是根据大气中不同阶 段 CO2的浓度和温度资料 点温绘度制成的指，数C关O系2浓。度变化与
温室效应与全球变暖
温室效应与全球变暖
• 一. 温室效应基本知识介绍 • 二. 温室效应的影响及危害 • 三. 温室效应与全球变暖的关系 • 四. 减缓温室效应的措施与对策
一. 温室效应基本知识介绍
❖ 温室效应的含义
地球大气层中的ＣＯ2和水蒸气等允许部分太阳辐射(短 波辐射)透过并达到地面，使地球表面温度升高。同时， 由于ＣＯ2和Ｈ2Ｏ分子可以产生分子偶极矩改变的振动， 故能吸收太阳和地球表面发出波长在2000nm以上的长 波辐射，仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由 于大气吸收的辐射热量多于散失的，最终导致地球和外 层空间保持某种热量平衡，使地球维持相对稳定的气温， 这种现象称为温室效应 。
➢ 雪盖和冰川面积减少 ➢ 降水格局发生变化
中纬度地区降雨量增大，北半球的亚热带地区的降雨量下降，而南半球 的降雨量增大。
➢ 气候灾害事件：过多的降雨，大范围的干旱和持续的高温 ➢ 影响人类健康：加大人群的发病率和死亡率 ➢ 影响农业和自然生态系统：大气中的二氧化碳含量增多对植物光合
作用的影响（有利于进行光合作用，使大多数作物和植被产量提高）； 温室效应引起的气候变暖所带来的影响（可能使作物的生产季节延长以 及植被带北移。
四. 减缓温室效应的措施与对策
➢ 提高能效或采用替代能源
目前的能源结构是以石油和煤炭为主(在全球商业能源产量 中,石油约占43%,煤炭约占31%),寻找替代能源,开发利用生 物能、太阳能、水能、风能、核能等,可显著减少温室气体排 放量。
➢ 提高土壤有机质含量
人类活动对土壤的影响表现为土地的耕作和化肥的施用,不 合理的耕作和施肥会导致土壤有机质含量下降。过去1万年 来全球土壤有机碳含量呈下降趋势,大气中每1ppmvCO2相 当于2.12Gt碳,由此推算,全球土壤有机碳的下降已使大气中 CO2浓度提高了140ppmv。因此制止土壤有机质含量下降, 把碳素贮于土壤中是避免温室效应加剧的最佳战略之一。
❖大气对地表辐射的吸收
地表辐射主要集中在 λ=10μm 数量级的红外波段内。从右图 可以看出，大气中的 CO2 和水 汽等恰好是这波段的强吸收体。 只需 2m厚一层含 0.03% CO2 的大气，就可以将λ=15μm 的 全部红外辐射吸收掉。对于 18μm以上和 8.5 μm以下的辐 射，水汽是最主要的吸收体。 在8.5-12μm 之间，有一个可 让大部分地球辐射通过的“窗 口”。
➢ 提高生物圈生产力与海洋吸收量
限制森林砍伐和提高森林生产力可增加固碳量。 海洋通过生物、化学、流动和沉积等过程不间断的吸收大气碳物质。加速浅层海水与深层海水间的交换有利于提高 海洋的CO2吸收量。
➢ 加强政府行为与国际合作
❖大气CO2浓度的升高与温室效应相关性
➢ 在生物地球化学循环中,绿 色植物的光合作用使大气中 的CO2流向生物,而生物的 呼吸和残体的分解与燃烧又 使CO2回归大气。因此,大 气中的CO2浓度基本达到动 态的平衡状态。
➢ 自从工业化革命以后,大量 的煤碳、石油和天然气等矿
物燃料的燃烧和森林破坏等 使大量的CO2不断进入大气, 大气CO2浓度持续增高。如 图 3 所示
三. 温室效应与全球变暖的关系
最新分析表明，过去的一百多年中，全球地表温度平均上升 了0.6℃。利用有关气候模式模拟结果说明，本世纪内全球 平均气温将以每10年0.2～0.5℃的速率持续升高。
据推算，若大气仅由氧气和氮气组成，地表的平均温度将是 -6℃ ，而当前平均气温的观察值是15℃ ，这21℃的差别是温 室效应的作用结果。
❖温室气体
➢ 大气中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O) 、 臭氧(O3)和氟氯烷烃(CFCs)等可以使太阳辐射的短波几乎 无衰减地通过，但对地球的长波辐射的波段却有很强的吸 收能力，这些气体为温室气体。
➢ 温室气体吸收地球红外辐射线的谱带范围为7000-18000 ｎｍ，二氧化碳吸收辐射线的范围为12500-17000ｎｍ， 透射到大气中的红外辐射约70-90%都是7000-13000ｎｍ 范围内，所以二氧化碳对吸收红外辐射起了主要作用 ， 其它具有温室效应的痕量气体也可吸收部分红外辐射 。
ＣＯ2新应用技术的研究开发
❖ 用作溶剂的超临界二氧化碳
➢ 萃取 ➢ 物质精制 ➢ 清洗 ➢ 用作反应介质 ➢ 物质形态控制 ➢ 废油废料处理回收 ➢ 特殊用途：用于喷涂；加快色谱分析；胶合板的防腐；加工
制造微孔泡沫塑料
❖ 制冷剂 ❖ 用作中和剂等基本化工原料
➢ 用作中和剂 ➢ 利用ＣＯ2生产合成气、甲醇的研究
➢ 人为因素：包括两方面内容：一方面，人们在日常生产和生 活中通过燃烧化石燃料释放大量的温室气体。温室气体的排 放量不断增加，引起温室效应增强，使全球气候变暖；另一 方面，砍伐森林、耕地减少等土地利用方式的改变间接改变 了大气中温室气体的浓度，也可使气候变暖。
❖气候变暖与温室效应增强
➢ 研究表明，大气中CO2、CH4等气体成分的浓度在不断增加。 从工业革命前的1750年以来，大气中的CO2浓度增加了30%； CH4的浓度增加了11%。同类的研究也明显反映出大气中氟 里昂(CFCs)的浓度也迅速增加。
❖温室气体的源与汇
➢ 温室气体的源是指温室气体成分从地球表面进入大气 (如地面燃烧过程向大气中排放ＣＯ2)或者在大气中由 其他物种经化学过程转化为某种气体成分(如大气中的 ＣＯ被氧化成ＣＯ2，对于ＣＯ2来说也叫源)。
➢ 温室气体的汇则是指一种温室气体移出大气到达地面或 逃逸到外部空间(如大气ＣＯ2被地表植物光合作用吸收) 或者是在大气中经化学过程不可逆转地转化为其他物种 成分(如Ｎ2Ｏ在大气中发生光化学反应，即只有在一定 波长的光的照射下才能发生的化学反应，而转化ＮＯｘ, 对Ｎ2Ｏ就构成了汇)。