有哪些地球的大气中重要的温室气体包括下列数种:水蒸气( H2O )、臭氧( O3)、二氧化碳( CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷( CH4)、氢氟氯碳化物类( CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等。由于水蒸气及臭氧的时空分布变化较大,因此在进行减量措施规划时,一般都不将这两种气体 纳入考虑。至于在1997年于日本京都召开的联合国气候化纲要公约第三次缔约国大会中所通过的[京都议定书],明确针对六种温室气体进行削减,包括上述所提及之:二氧化碳( CO2) 、甲烷( CH4)、氧化亚氮(N2O ) 、氢氟碳化物(HFCs )、全氟碳化物( PFCs )及六氟化硫( SF6)。其中以后三类气体造成温室效应的能力最强,但对全球升温的贡献百分比来说,二氧化碳由于含量较多,所占的比例也最大,约为55%。
各种温室气体的增温效应比较
气体别
增温效应(以二氧化碳作为基准)
二氧化碳(CO2)
1
甲烷(CH4)
121
氮氧化合物(N2O)
310
氟氯碳化物(CFCs)
140~11700
全氟碳化物(PFCs)
6500~9200
六氟化硫(SF6)
23900
主要温室气体对全球升温的贡献百分比
各种温室气体的人为活动产生源
人类活动
产出气体
石油、煤等石化原料的燃烧
二氧化碳(CO2)
农业活动
甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)
工业制成品(如:冷媒)
氟氯碳化物(CFCs)
物质燃烧
氧化亚氮(N2O)
工厂、汽车排放之氮氧化合物及 碳水化合物经过光化学作用所合成
臭氧(O3)
改变大气化学组成与气候效应
工农业生产排入大量废气、微尘等污染物质进入大气,主要有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧比二氮(N2O)和氟氯烃化合物(CFCS)等。据确凿的观测事实证明,近数十年来大气中这些气体的含量都在急剧增加,而平流层的臭氧O3。总量则明显下降。如前所述,这些气体都具有明显的温室效应,在波长9500毫微米(μm)及12500-17000μm有两个强的吸收带,这就是O3及CO2的吸收带。特别是CO2的吸收带,吸收了大约70-90%的红外长波辐射。地气系统向外长波辐射主要集中在7000-13000μm波长范围内,这个波段被称为大气窗。上述CH4、N2O、CFCS等气体在此大气窗内均各有其吸收带,这些温室气体在大气中浓度的增加必然对气候变比起着重要作用。
大气中CO2浓度在工业化之前很长一段时间里大致稳定在约(280±10)×10-3ml/L,但在近几十年来增长速度甚快,至1990年已增至345×10-3ml/L,90年代以后,增长速大。图814(图略)给出美国哈威夷马纳洛亚站(Mauna Loa)1959-1993年实测值的逐年变化。大气中CO2浓度急剧增加的原因,主要是由于大量燃烧化石燃料和大量砍伐森林所造成的。据研究排放入大气中的CO2有一部分(约有50%上下)为海洋所吸收,另有一部分被森林吸收变成固态生物体,贮存于自然界,但由于目前森林大量被毁,致使森林不但减少了对大气中CO2的吸收,而且由于被毁森林的燃烧和腐烂,更增加大量的CO2排放至大气中。目前,对未来CO2的增加有多种不同的估计,如按现在CO2的排放水平计算,在2025年大气中CO2浓度为4.25×10-3mL/L为工业化前的1.55倍。
甲烷(CH4沼气)是另一种重要的温室气体。它主要由水稻田、反刍动物、沼泽地和生物体的燃烧而排放入大气。在距今200年以前直到11万年前,CH4含量均稳定于0.75-0.80×10-3mL/L.近年来增长很快。1950年CH4含量已增加到1.25×10-3mL/L,1990年为1.72×10-3mL/L。Dlugokencky等根据全球23个陆地定点测站和太平洋上14个不同纬度的船舶观测站观测记录,估算出近10年来全球逐年CH4在大气中混合比(M)的变化值如图815(图略)所示。根据目前增长率外延,大气中CH4含量将在公元2000年达2.0×10-3mL/L,2030年和2050年分别达2.34至2.50×10-3mL/L。
一氧化二氮(N2O)向大气排放量与农田面积增加和施放氮肥有关。平流层超音速飞行也可产生N2O。在工业化前大气中N2O含量约为2.85×10-3mL/L。1985年和1990年分别增加到3.05×10-3mL/L和3.10×10-3mL/L。考虑今后排放,预计到2030年大气中N2O含量可能增加到3.50×10-3-4.50×10-3mL/L之间,N2O除了引起全球增暖外,还可通过光化学作用在平流层引起臭平氧O3离解,破坏臭氧层。
氟氯烃化合物(CFCS)是制冷工业(如冰箱)、喷雾剂和发泡剂中的主要原料。此族的某些化合物如氟里昂11(CCl2F,CFC11)和氟里昂12(CCl2F2,CFC12)是具有强烈增温效应的温室气体。近年来还认为它是破坏平流层臭氧的主要因子,因而限制CFC11和CFC12生产巳成为国际上突出的问题。
在制冷工业发展前,大气中本没有这种气体成分。CFC11在1945年、CFC12往存在1935年开始有工业排放。到1980年,对流层低层CFC11含量约为168×10-3mL/L而CFC12为285×10-3mL/L,到1990年则分别增至280×10-3mL/L和484×10-3mL/L,其增长是十分迅速的。图816(图略)给出CFC12近数十年来的变化形势,其未来含量的变化取决于今后的限制情况。
根据专门的观测和计算大气中主要温室气体的浓度年增量和在大气中衰变的时间如表87(图略)所示。可见除CO2外,其它温室气体在大气中的含量皆极微,所以称为微量气体。但它们的增温效应极强,而且年增量大,在大气中衰变时间长,其影响甚巨。
臭氧(O3)也是一种温室气体,它受自然因子(太阳辐射中紫外辐射对高层大气氧分子进行光化学作用而生成)影响而产生,但受人类活动排放的气体破坏,如氟氯烃化合物、卤化烷化合物、N2O和CH4、CO均可破坏臭氧。其中以CFC11、CFC12起主要作用,其次是N2O。图817(图略)是各气候带纬向平均臭氧总量距平值的年际变比(196-1985年,由图可见,自80年代初期以后,臭氧量急剧减少,以南极为例,最低值达-15%,北极为-5%以上,从全球而言,正常情况下振荡应在土2%之间,据1987年实测,这一年达-4%以上。从60°N-60°S间臭氧总量自1978年以来已由平均为300多普生单位减少到1987年290单位以下,亦即减少了3-4%。从垂直变化而言,以15-20km高空减少最多,对流层低层略有增加。南极臭氧减少最为突出,在南极中心附近形成一个极小区,称为“南极臭氧洞”。自1979年到1987年,臭氧极小中心最低值由270单位降到150单位,小于240单位的面积在不断扩大,表明南极臭氧洞在不断加强和扩大。在1988年其O3总量虽曾有所回升,但到1989年南极臭氧洞又有所扩大。1994年10月4日世界气象组织发表的研究报告表明,南极洲3/4的陆地和附近海面上空的臭氧已比十年前减少了65%还要多一些①。但有资料表明对流层的臭氧却稍有增加。
参考资料:http://zhidao.baidu.com/question/1522303.html
种类
增温效应(%)
生命期(年)
100年全球增温潜势(GWP)
二氧化碳(二氧化碳)
63%
50-200
1
甲烷(CH4)
15%
12-17
23
氧化亚氮(N2O)
4%
120
296
氢氟氮化物(HFCS)
11%
13
1200
全氟化碳(PFCS)
50000
-
六氟化硫(SF6)及其它
7%
3200
22200