人类活动对全球大气的影响

人类活动对全球大气 的影响 环科0801 朴俊200846049 人类活动对全球大气的影响 摘要: 本文主要是从全球角度讨论人类对于全球大气的影响。这些影响主要表现在以下几个方面:一.人类的经济活动排放的温室气体造成的全球气候变暖;二.人类对于生态环境的破坏造成的气候异常(极端气候增加);三.向大气排放污染物造成的大气污染事件。 Abstract: This paper discussed mainly from global perspective to global atmospheric affect human. These effects mainly displays in the following aspects: 1. global warming caused by the human economic activities of the greenhouse gas emissions; 2.the human damage the ecological environment caused the unusual climate (extreme climate increase); 3. Air pollution is caused by the human emissions of pollutants. 关键词:气候变化人类活动大气污染温室效应 在人类步入21世纪后的10年里,人类的活动对全球大气的影响(主要是气候变化尤其是气候变暖)已成为全人类所关注的焦点。越来越多的人和组织致力于应对全球气候变化的事业,2007年,美国前副总统戈尔和联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)因其在对“创造以及传递有关人为气候变化知识上所付出的巨大努力以及在解决气候变化问题上所需的各种度量上所打下的坚实基础”而分享了当年的诺贝尔和平奖。关于人类活动对大气的影响的研究也越来越多,成果也越来越丰硕。 1.温室效应与全球气候变暖 1.1气候及气候变化 尽管在不同的学科领域里对气候定义有所不同,但对气候的通用定义上是指一个地方多年(通常要10年以上)的大气平均状态,从地学角度上来说,气候是大气圈与水圈、冰冻圈、陆地表面和生物圈相互作用的结果。形成并影响地球气候的基本因素是太阳辐射、大气环流和地表状况。其中,太阳辐射是主导因素,是大气及海陆增温的主要能量来源,也是大气中一切物理及天气气候过程和现象的基本动力。全球气候地区差异、季节及年际变化不同,主要是太阳辐射地球表面分布不均及其变化的结果,在高纬度地区,夏季光照量大,而冬季光照时间短,辐射量小,极地几乎为零,终年冰天雪地,气温很低;中纬度地区辐射量居中,春夏秋冬光照四季分明;低纬度地区,一年四季辐射都较多且变化较小,因而终年气温较高,反映四季常夏的气候特色。 气候变化的新定义是指气候指标的平均状态和离差(距平)以及概率三者中的一个或两 个、三个出现了统计意义上显著的变化。气候指标的平均状态变化是简单的平移,如平均气温从15℃上升为15. 3℃;离差变化是指平均值不变而具体的值发生变化,如年平均降水量不变而每月的降水量发生变化;概率变化是指平均值不变或变化、离差发生变化的具体值发生的概率出现变化。通常情况下,三者都会发生变化。 1.2气候变暖证据 在过去的100年里,气候的变化已经成为不争的事实,通过研究,科学家提出的气候变化的证据主要有:地球气候从19世纪末工业革命后,便随着人类活动的不断增强而逐渐趋向暖和, 20世纪初全球平均气温比1949-1979年30年长期平均气温低0. 25℃,到1940年全球气温上升了0. 5℃,从此以后,气温在波动中上升,到20世纪80年代,全球气温上升迹象更加明显,。20世纪10个最暖的年度都在1983年以后,其中7个年度在90年代,1998年是20世纪最暖的年份,全球平均气温比基准时间的平均值高0.58℃。 近百年间,地球气候经历了若干冷暖的交替。有关专家们指出,整个20世纪气候变化的总趋势是:上世纪前期(40年代中期以前)气温偏暖,中期(40年代后期至70年代)偏冷,后期(80至90年代)再度偏暖。自40年代初北半球气温陡然下降,70年代中期以来转为急剧上升。而这些气候的变化,初步分析表明,主要是人类活动造成的。这些活动包括第二次世界大战,战后的大气核试验,这是气温下降的主要原因。而60年代初期开始的全球性工业发展,由此造成的大量化石燃料的燃烧,排放出大量的二氧化碳造成“温室效应”以及70年代中期以后大气核试验的结束,是70年代中期以来气温急剧上升的主要原因。今后,如不发生核大战和大规模的火山活动,气温将以上升为主,到2030年前后,平均气温将比现在升高1.3℃左右。 美国气象学家对世界各地水域结冰日期进行分析后得出结论,历经一个半世纪,全球冰冻圈平均冰冻时间向后推迟了8.7d,而开始解冻时间则提前了9.8d,据此他们推算出 全球平均气温150年来升高了1.8℃。格陵兰岛沿海,冰山越来越多。近30年来,北极圈的冰冠面积减少了30%。在非洲,乞力马扎罗山已经面目全非,山上80%的冰川已经消失。 1.3全球气候变暖的危害 “温室效应”对人类的直接影响是,使地球气温上升,气候变暖,导致海水热膨胀和极地冰川融化,从而使城海平面上升。据科学家估计,到下一个世纪中叶,海平面将上升20到165cm。海水的上涨将会带来灾难性的后果:经济发达、人口稠密的沿海城乡将会被海水吞没,上海、威尼斯、曼谷、纽约等海滨市以及地势低洼的孟加拉国、荷兰等国将会遭到灾难。科学家们认为,如果大气温度上升2到6摄氏度,南极冰帽将基本消失。海平面将上升4—6m,除亚洲人口密集的沿海地区,包括恒河、湄公河、长江、珠江入口处以及印度人口密集的岛屿将淹没外,物质损失最大的是欧洲及北美沿海城市,美国大陆48个州将减少1.6%的陆地面积,将有6%的人口迁移,同时伴随有6%的不动产损失。 气温上升,大气中包含的能量增加,会使气流更加活跃,蒸发更加旺盛,降雨也相应增加。但计算表明,“温室效应”并不是使全球气温均匀地上升,而是赤道附近上升得少,高纬地带上升得多,降雨也不是均匀增加,也是高纬地带增加得多,低纬地区甚至会变得更干旱,此种变化会使台风频发区北移,冬季海水结冰线朝两极移动约15度,这会改变世界航运通道,从而影响地区的经济布局。北部地带植物生长期延长,动植物的分布将有很大的调整。此外,气候变暖还会引起降雨变化,加剧干旱、热浪、洪涝等自然灾害,对农业生产带来不 利影响。 喜马拉雅山上的冰川是整个亚洲地区水循环的源头,东亚南亚几乎所有的大河的源头,包括长江,恒河,湄公河等,但现在喜马拉雅山的终年积雪和冰川在减少,直接影响亚洲20多亿人的饮水。在西伯利亚的永久冻土带,其地下蕴含有大量的甲烷,如果气温持续上升,会释放冻土中的甲烷,使气候变暖骤然加剧,无法控制,产生无法预料的后果。 影响最大而且不可逆转的是一些生物种族将灭绝。珊瑚礁对温度的轻微变化非常敏感,已经有30%的珊瑚礁物种消失。此外,一些传播疾病的昆虫如蚊、蝇和水生物如钉螺,它们的分布规律也会发生改变,而且病菌本身的繁殖也变得更容易,因此会使食物的保鲜以及流行病的防治出现新的问题。由此可见,全球气候变暖会对地球上大气圈,水圈,冰冻圈,土壤圈,生物圈都造成巨大的危害。 1.4全球气候变暖成因 1.4.1温室气体与温室效应 温室气体:大气中能够产生自然温室效应的痕量气体主要有水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、一氧化碳(CO)等,它们产生的温室效应维持着地球适宜的气候.工业革命以来,人类活动排放了大量的温室气体,包括大气中原有的成分(H2O、CO2、CH4、N2O、CO)等。 温室效应:大气中的温室气体可以强烈吸收红外辐射,因而它们在大气中的存在对截留红外辐射能量影响较大。这些气体如同温室的玻璃一样,它允许来自太阳的可见光到达地球表面,但阻止地球便面重新辐射出来的红外光返回外空间,因此,这些温室气体起到了单向过滤作用,吸收了地球表面辐射出来的红外光,把能量截留在大气中,从而使大气的温度升高,这种现象成为温室效应。[2]研究表明,随着地球演化的进程,大气中的微量气体的自然温室效应使得地球表面平均温度由-23℃上升到自然生态系统和人类已适应的15℃,全球平均地表温度上升了38℃左右。[3] 1.4.2人类活动与全球气候变暖 工业革命以来,人类活动广泛地改变了地球表面的形态以及动植物的分布,尤其是大量使用化石燃料和汽车、航空器的尾气排放其他途径向大气中排放了大量的温室气体。这些排放的温室气体,其中有些是原来大气中存在的气体成分但含量大量增加了,如CO2、CH4、N2O的浓度分别增加了32%、151%、17%;另一些则是大气中原来没有的成分但具有强烈的温室效应,如CFCS、HFCS、PFCS、SF6等。因此,人类活动改变了大气的成分,一是增加了原有的温室气体的含量,二是增加了新的温室气体,从而导致了温室效应的加剧.大气中温室气体浓度不断增加,进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射,为维持辐射平衡,地面必将增温,以增大长波辐射量.地面温度增加后,大气中水汽将增加(增加大气对地面长波辐射的吸收),冰雪将增加融化(减少地面对太阳短波辐射的反射),又使地表进一步增温,即形成的正反馈使全球变暖更加显著,这些效应称为温室效应增强。 研究表明,大气中CO2含量一直在持续不断的上升。据对冰川冰核中空气的分析结果, 1750年大气中CO2浓度仅为280×10-6。自1958年开始,美国在夏威夷对大气中的CO2浓度进行了40多年的连续测定(其中1958-1971年测定结果详见图1),并在全球建立了一个包括南 极极点在内的20多个观测站的CO2观测网。其测定结果表明,近几十年来大气中CO2浓度正在迅速增大, 1958年CO2浓度为312. 5×10-6,到1984年增至343×10-6。1958-1968年CO2浓度年增长率小于1×10-6;而1968-1978年CO2浓度年增长率却大于1×10-6。若按此速度增加,则未来50年内大气中CO2浓度将增加30%,到21世纪中叶将增至600×10-6,即相当于工业革命初期的2倍多。CO2是大气中最主要的“温室效应”气体,目前全球CO2年排放量大约50亿t以上,浓度已超过345×10-6,如果全球矿物燃料消耗量继续按计划2%年增长率递增。预计到21世纪中叶以后大气中CO2含量将增加1倍多,也相当于工业革命初期的2倍多,跟上述CO2浓度增加倍数接近,由此可预测,到21世纪末CO2“温室效应”将增强1倍多,全球气候将变得更暖。而大气中的CO2主要来源正是人类活动所排放。 人口激增,森林锐减,平衡大气中CO2与O2的生态功能急剧下降,大大增强了CO2“温室效应”。人类在地球上的出现一直到今天已经历了300万年的历史,总的趋势是人口增长速度越来越快,特别是20世纪70年代以来增长更快。据联合国有关部门统计,世界人口在20世纪初为16亿, 1975年增至41亿。预测到2030年为100亿, 2100年接近300亿,这数字与美国科学院对整个地球的最大承受能力研究结果极为接近。由于世界人口激增,人类生活及生产活动所消耗的资源,尤其森林资源的数量将大大增加,由于林产品及薪柴需求量急剧增加,预计到2010年按人口平均的商品木材蓄积将消失40%以上。,同时由于滥砍滥伐,世界的森林正以每年1800~2000万hm2的速度从地球上消失,主要出现在非洲、亚洲、南美洲潮湿的热带森林,预测表明发展中国家剩余的森林覆盖面积到2020年将消失40%以上。由于森林的急剧减少,森林生态功能将大大削弱,未来十年内平均每年吸收大气中CO2的数量将大约减小70亿t(图2),而每年向大气释放O2的数量则减小51亿t左右。其后果将使大气中CO2与O2平衡比例严重失调,CO2大量增加,而O2却大量减少,致使CO2“温室效应”大大增强,从而加速全球气候变暖的进程。人类活动导致的土地利用和土地覆盖的变化的影响极其广泛和深刻.人类大量砍伐森林、草地过度放牧,大量开辟农业用地,城市化过程形成大量的钢筋水泥森林,土地荒漠化的趋势有增无减,修建水库、运河、渠道,疏干沼泽、围湖造田,改变下垫面性质,从而大规模改变了全球的地球物理循环和生物化学循环,造成改变热量循环和热量平衡、改变水分循环和水分平衡、干扰和破坏自然生态系统等方面的后果,必然引起局部气候和全球气候的变化。 总之,人类活动影响气候变化的时间尺度大约是百年的尺度(即通过累积其影响近百年明显表现出来).人类活动对气候系统的影响途径可归纳成五个方面:改变了气候系统的化学组成,特别是大气中微量成分的变化;改变热量循环和热量平衡;改变土地利用方式;改变水分循环和水分平衡;干扰和破坏自然生态平衡。 1.5应对气候变暖的措施 1.5.1减少温室气体的排放量 减少温室气体进入大气层不仅可以阻止全球升温上升,而且还可以减慢升温速度和减少升温数值。 1.5.2减轻已排放的温室气体的影响 森林和土壤在全球碳循环中起着关键性作用,它们把来不及释放到海洋和大气层的碳吸收起来.因此,大力植树造林和种草,以及提高土壤的含碳量等措施都是扩大生物的碳吸收量的力法,有助于减轻已排放的CO2的影响,稳定大气层中CO:2的浓度。 继续阅读