《大气环境化学》第8章气候变化的大气化学原理.pptx

第八章气候变化的大气化学原理;气候：研究气温、降水、风速风向等气象要素的长期（如

100年）平均规律，是一个地区的冷、暖、干、湿等天气状

况基本特征的综合反映。气候系统由大气圈、水圈、生物圈、

岩石圈和冰冻圈共同组成，气候是这些圈层相互作用的结果。

气候变化：指长时期内气候状态的变化，通常用不同时期

温度和降水等气候要素统计量的差异来反映，变化的时间尺

度从最长的几十亿年到年际、季际、月际。

气候异常：指正常气候起伏中出现的明显反常现象，导

致人类及动植物的不适应，影响人类社会及生产活动，危机

动植物的正常生长发育，并可能导致飓风、热浪、暴风雪等

灾害性时间。

大气辐射以及各个圈层内部和相互之间的物理、化学和

生物过程的相互作用决定了气候变化。

温室效应气溶胶：阳伞效应;第一节大气辐射传输过程

一、大气对辐射的吸收和散射

吸收：空气分子与电磁波发生相互作用时，一部分电磁场

的能量转化为分子或原子内部的能量。被吸收的能量可使温

度增加，也可变化为化学能或导致光化学反应。一般吸收都

伴随着分子内部的能级跃迁，具有波长选择性。

散射：当电磁波照射到折射不均匀的地区时，会发生传播

方向的改变，称为散射。大气中的空气分子、水滴、气溶胶

粒子、冰晶等颗粒物会造成散射，由于温度不均匀导致的湍

流块也会造成散射。散射过程特点是将波传播的方向改变。

弹性散射非弹性散射一次散射多次散射

;大气散射参数的观测研究

消光系数Kex：测量光（I0）通过一段距离（L）的衰减

;地面、大气及地气系统的辐射平衡

;实际辐射平衡状况在不同纬度和季节都会有所变化;第二节温室效应和温室气体;判断一种物质是否为温室气体，主要有三个

方面：1.该气体必须有足够宽的红外吸收带，在大气中浓度足够高，能显著吸收红外辐射；2.该气体如果在7~13μm的大气辐射窗口有吸收，对温室效应的增强最有效；3.大气寿命长。;气体分子的红外辐射

基态（E0）碰撞活化、吸收光子激发态(E1)

激发态(E1)自发发射、受激发射、???撞失活基态（E0）

对流层由于气体浓度高，碰撞活化和碰撞失活是主导因素

;二、大气中的温室气体

大气中温室气体分为两类：一种能吸收和发射红外辐射，称为辐射活性气体，包括CO2,CH4,N2O和卤代烃等寿命较长，在对流层大气中混合均匀的气体，也包括时空分布差异很大的O3；另一种不能或只能微弱地吸收和发射红外辐射，但可以通过化学转化来影响辐射活性气体的浓度水平，称为反应活性气体，包括NOX，CO和VOCS.

平流层O3损耗，降低平流层温度，降低向下的红外辐射；增加进入对流层紫外辐射，使对流层光化学过程活跃，OH浓度增加，加速CH4和HFCs的去去除，起到降温作用

NOX升高会使CH4和HFCs浓度降低，O3浓度升高，另外作为N肥，沉降到地面和海洋，促进植物生长，降低CO2浓度，对辐射平衡的影响很难量化。

;三、温室气体的辐射强迫

辐射强迫：考虑某一扰动作用于气候系统，当平流层温

度已调至辐射平衡状态，而地表和对流层仍保持未扰动状态

时，这一扰动所产生的对流层顶平均净辐照度的变化（包括

太阳辐射和红外辐射），称为辐射强迫，单位是W/m2，能

够打破地气系统平衡的扰动，被称为辐射强迫因子。

能够简单、准确反映某一辐射强迫因子对气候系统的影

响。;温室气体的直接辐射强迫：辐射活性气体通过吸收和发射红外辐射对辐射平衡产生影响

间接辐射强迫：反映活性温室气体通过影响化学转化过程和大气中反映活性物种（例如OH）的分布对辐射平衡产生间接的影响;四、全球变暖潜势

全球变暖潜势（globalwarmingpotentialGWP）：是一个相对概念，定义为单位质量的某一温室气体在一定时间内相对于参考气体的累积辐射能力。;第三节气溶胶的辐射强迫;Theimportanceofblackcarbonhasonlyrecentlybeenrecognized;一、气溶胶的直接辐射强迫

气溶胶的消光作用：散射和吸收，以散射为主

Dp0.05μm,爱恨核模瑞利散射主要对紫外光散射大

0.1Dp1μm,积聚模米散射辐射强迫主要来源

Dp10μm,消光佯谬

米散射消光系数理论计算公式：

粒径：积聚模态气溶胶粒径与太阳短波辐射波长相近，具有最大的质量消光系数，又易悬浮在大气中，大气寿命长，是辐射强迫的主要贡献