温室效应及对环境的影响

温室效应及对环境的影响森林,湿地对环境的影响自然与人造温室效应及其环境影响图二：过去1000年北半球气候变化的趋势（横坐标代表年份，纵坐标代表温度，单位是摄氏度）图一：1860年以来全球气温的变化（横坐标代表年份，纵坐标代表温度，单位是摄氏度）引言——全球变暖人们在对气候的研究中，发现有这样的现象：过去100多年全球气温出现了两次明显的上升（见图一、图二）。上升幅度之显著引起人类广泛关注，人们试图寻找引起气温如此变化的原因。全球变暖的机理之一——温室效应温室效应的定义：从能量收支理论来看，全球变暖现象可以提炼为能量收支平衡问题。据辐射传输方程，地表放射辐射强度σTS4与地—气系统吸收的短波辐射so(1-αP)之比值为：σTS4/so(1-αP)=(2-ks)/(2-kl)（ks为大气对短波辐射的吸收率；k1为大气对长波辐射的吸收率)①ks﹤kl时，比值大于1；气温升高，称为温室效应；②ks﹥kl时，比值小于1；气温降低，称为反温室效应；③ks=kl时，比值为1，无变化温室效应的影响因素在描述了温室效应定义的基础上，我们试图在现实世界中寻求影响温室效应的最重要、最典型的因素。这些因素大致可以分为自然机制和人为活动两方面。图三：IPCC关于全球年平均气温的模型（横坐标为年份，纵坐标为温度，单位是摄氏度）温室气体研究发现，大气中的H2O、CO2、CH4等气体会促进大气升温。人们把这种指对短波辐射基本透明而对长波辐射基本不透明，从而吸收长波辐射增温的气体称为温室气体。下面简要介绍温室气体的作用机理。1、辐射活性气体辐射活性气体直接作用于大气辐射。有些气体如NH3、O3等，在7-13µm的“大气窗区”（电磁波谱的7～13微米区域,大气分子吸收很微弱）有强的吸收性，对加强温室效益是十分有效的2、化学活性气体像CO和NO这些气体，本身对大气辐射影响很小，但是通过化学作用能改变辐射活性气体的含量，从而影响温室效应。如在平流层中的NO对臭氧的催化破坏作用NO+O3→NO2+O2NO2+O→NO+O2总反应式：NO+O3+Ｏ→NO+2O2由于NO参与的催化反应会破坏平流层中的O3，O3会改变到达对流层中的太阳辐射和长波辐射。臭氧减少将使大气对太阳和长波辐射的吸收都减少（则ksk1都变小）。因此，臭氧增减对地面温度的温室净效应不能肯定。据一些辐射——对流模式的估计，臭氧减少的净效应取决于臭氧减少的垂直分布。又如温室效应引起的地面增暖会使得陆地和海洋上的水分蒸发增加，导致了对流层中的H2O增加。增加的H2O会通过以下的反应产生较多的OH：O（1D）+H2O→2OH由于OH对对流层中的气体来说（包括污染物）是一种重要的清洁剂和氧化剂，OH的变化就有可能改变辐射活性成分的含量，如ＣＨ4和Ｏ3（见３中的原理），进而影响温室效应。3、辐射、化学活性气体指能参与化学反应又能吸收辐射的气体，像CH4和CFCs等。例如：对流层中发生反应（1）OH+O3+O→H2O+O2；但反应（2）OH+CH4→CH3+H2O更易进行，由于CH4的存在，与OH反应使OH减少，导致反应（1）减慢，相对来说O3含量增加。这个反应涉及到CH4、H2O、O3等温室气体，所以它对温室效应的影响是复杂的。随着研究的不断深入，人们认识到除大气中各种温室气体浓度的增加的原因外，云、水汽乃至生物圈对气候的反馈作用也是产生温室效应的重要原因。反馈机制随着研究的不断深入，人们认识到除大气中各种温室气体浓度的增加的原因外，云、水汽乃至生物圈对气候的反馈作用也是产生温室效应的重要原因。1、云的反馈作用云的反馈作用高度地依赖于云的面积、高度、不同云形的比例、云中水和冰的含量等因子。由于云反馈的净负作用和净正作用的面积在地理分布上是容易改变的，所以在温室气体增加的地球上，卷云和中低云的反馈作用的相对重要性是可以变化的。就对地球辐射平衡的影响来说，云比任何直接的气溶胶影响更为重要。地球辐射收支试验（ERBE）的结果首次证明，云的净辐射效应是使当今的地球变冷；相反，高的卷云吸收地球的长波辐射，有温室效应。目前云量的全球净辐射效应是使辐射损失，并在中高纬度海洋上达到最大。分析长期记录提示，在全球变暖时云量可能增加，至少在某些大陆地区是如此。2、水汽反馈作用正反馈：水蒸气增加→温室效应作用加强→陆地和海洋表面温度上升→产生更多水蒸气。汽是最重要的反馈机制之一，也是唯一最大的正反馈作用。大气中水气含量（或饱和水气压）跟大气温度成正比，气候变暖导致蒸发加剧和大气中水汽含量增高；而水汽是一种很强的温室气体，从而又使气候进一步变暖，形成正反馈。对流增加是和对流层中、上部水汽含量增加相联系的，因而，也和更强的正反馈作用联系在一起。在水汽反馈中，温度是控制其作用大小的主要因素。负反馈：水汽饱和→降雨→溶解大气中的二氧化碳→大气中二氧化碳浓度降低→温室效应作用减弱当大气中的水汽超过某一临界状态，在一定条件下，变为雨降落地面，同时溶解了部分二氧化碳并汇集到海洋中，经过海洋生物作用后固定下来。使得大气中二氧化碳的含量降低，减缓温室效应3、海温反馈作用海洋是大气最重要的汇。只要海水中溶解的二氧化碳量稍有变化，就可能让大气的气体含量发生很大改变，从而影响地球气候反馈关系：海温升高→海洋中二氧化碳溶解度减小→部分二氧化碳逃逸到大气中→温室效应加剧→海温升高；海洋表面水温升高→富于营养物的深层海水不能到达表层→浮游植物量减少→吸收二氧化碳减少→温室效应加剧→海洋表面水温升高。海表水温升高将使斜温层变得更加稳定，从而阻止了海水的垂直混合，使得富于营养物的深层海水不能到达表层，进而减少了浮游植物的产量，导致表层海水吸收二氧化碳能力的减弱。4、生物圈反馈作用一方面，温室效应会影响生物对温室气体的排放率和吸收率。例如，从湿地和水稻田排放甲烷（CH4）的速率，由于温室变暖增强而增加（Lashof，1989）。来自这些区域的甲烷排放量还有可能超过来自较高纬度正在溶解的冻土的CH4排放量（Watson等，1990）。另一方面，海洋生物可以响应温室效应的气候变化。如果海洋是大气下面的无生命水体，那么CO2在这个水体和大气之间的分布将唯一地取决于这种气体的化学可溶性。在这种情况下，海洋将向大气输送大量的CO2，使大气中CO2的浓度增加三倍。但是，海洋表层中的微生物吸收CO2，当这些微生物死亡时含碳酸盐的微生物残骸便下沉到深海中去。生物碳泵的速率记录在海洋沉积层含碳酸盐的微生物残骸的碳同位素中。有机体在同化CO2时，与较重的13C同位素相比，更倾向于吸收较轻的12C同位素。所以，生物碳泵把较重的碳留在洋面，而把较轻的碳带入深海。图四：碳元素大气循环示意图表：与温室效应有关的主要反馈名称反馈类型说明水气正（+）空间观测中得以证实云不明对全球增暖可能是最重要的反馈气溶胶不明硫酸二甲酯的作用不明海洋生物地球化学循环不明可能为正反馈紫外辐射跟陆地生物群正（+）随陆地生物群的大小呈正比永冻土中的有机质正（+）依赖于土壤中的温度沿海甲烷水合物正（+）可能短期中影响较大对流层化学不明可能是正反馈海温正（+）不确定其影响程度海洋气体交换率不明多半较为次要温度和植物呼吸正（+）可能是大的紫外辐射和浮游植物正（+）较大的不确定性，可能是大的水稻地正（+）土壤湿度是关键的未知数永冻土中的甲烷正（+）未来冻土融化情况尚属未知图五：工业时代温室气体在大气层中的含量（横坐标是时间；左方纵坐标是气体的浓度，ppm=百万分比，ppb=10亿分比；右方纵坐标是单位面积的辐射强度，单位W/m2）工业化以来，尤其本世纪50年代以来，人为产生的温室气体排放量不断增加，各种天然温室气体成分的源和汇的自然平衡被打破，大气中的温室气体浓度呈现不断增长趋势。人为活动因素主要有：化石燃料的燃烧自工业革命以来，各类工业都在迅猛的发展着，对能源的消耗也有愈演愈烈之势。人类每年烧掉大量煤炭、石油和天然气等化石燃料，越来越多地向大气释放CO2等温室气体，目前全球每年矿物质排放量中有6.6×106km2吨碳，使大气中的许多温室效应气体的浓度已经发生了全球尺度的变化，其中最重要的是CO2，其全球平均浓度已从工业化前的280ppmv上升到了2000年的368ppmv；还有甲烷，其总浓度已由工业化前的0.7ppmv上升到了2000年的1.75ppmv。工业的发展关系着各国的经济发展和国际地位，从而各国政府都在大力发展其工业，对环境造成极坏的影响。发达国家在意识到之后开始治理并不希望发展中国家继续排放废气，而发展中国家把环境的恶化归咎于发达国家之前的工业活动。这样的互相推卸责任使这方面的控制方案得不到实施。造成十分消极的影响。制冷机的使用我们日常所用的冰箱、空调等都要使用制冷剂，在制冷过程中会释放出氟利昂，这种气体是重要的温室气体。在工业化前大气中没有氟利昂，它是人为产生并排放到大气中的.F-11和F-12是氟利昂中危害性最大的气体，自这类物质1928年合成，20世纪50年代开始批量生产后，大气中的.F-11和F-12的浓度分别由1960年的0.0175ppbv和0.0303ppbv增加到了1990年的0.2800ppbv和0.4844ppbv，增加了十几倍。更严重的是氟利昂气体在大气中的寿命能保持65—150年，成为增温趋势很强并且持久的温室气体成分。3、森林的大量砍伐人类一直在大量砍伐森林，在其自身恢复过程中又给于致命打击，使全球范围内大量森林资源锐减，其中热带森林损失的速度为每年9×106—24.5×106km2.众所周知，绿色植物可以净化空气，吸收大量二氧化碳，减轻环境的负担，而今绿色面积渐小的地球也随之失去了一个有利的减压助手，从而使温室效应及其他环境问题日益严重。4、土地利用方式的改变土地利用造成的温室气体的增加主要来自几个方面：森林的过度采伐，城市建设及城市工业，农业生产活动等。在1850年至1985年之间，大约有117±35Gt（1Gt=10亿吨=109t）的碳被排入大气中，在这其中，80%归因于树木的减少，20%是由于土壤有机质的流失。土地利用的变化，包括用于牲畜养殖的牧场，每年产生2.15×108t的甲烷，相当于甲烷释放总量的40%，人为甲烷释放量的60%。动物的养殖和湿地水稻的种植生产被认为是甲烷释放的主要来源。温室效应固然有维持地表气温的好处，但与此同时，也不能忽视过于强烈的温室效应带给自然界和人类社会的危害。1、海平面上升2、影响农业和自然生态系统3、加剧洪涝、干旱及其它气象灾害4、影响人类健康5、物种的灭绝6、对流层外大气的变冷(一)要解决温室效应，需要世界各国的共同参与，协调一致的采取措施来加以解决。目前提出的对策可以概括为技术、经济、宣传教育三个方面。1、技术方面：国际间共同协调开发防止地球变暖技术的一个范例是“地球再生计划”。该计划的主旨是在世界各国的共同协作下，对温室气体的排放和控制进行综合的长期工作（1）碳税制度。（2）可交易许可证制度。(3）提高化石燃料的价格3、环保教育。二）尽管有效的国际合作和协调一致的行动是防止全球气候变化的基本保证，但气候变化对各个国家和地区的影响是不同的，更重要的是每个国家都有自己的自然资源和经济背景。因此,各国在合作的基础上还要根据本国的条件,研究分析并提出适合本国特色的相应对策。现就结合中国的国情分析一下中国在延缓人造温室效应方面的具体对策：1、预防措施：以温室气体减排技术为代表。（1）提高能源利用效率①工业用能部门理和生产组织方式；采用现代化的工业通用装备技术，改变能源结构和功能方式来实现温室气体减排。②工业供能部门③交通运输部门④民用能源2、消除措施：通过各种分离、吸收技术和光合作用使生成的CO2变成其他物质以减少大气中的温室气体。1）扩大植树造林，减缓气候变化和气候灾害的速度与幅度。森林可以从大气中吸收和储存大量的CO2，是控制人造温室效应的重要手段。我国99年的森林覆盖率为14%左右，目前正以每年约200万hm2造林速度发展，使森林面积