空气污染对气候的影响

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科目 化学
年级
文件 sts036.doc
标题 空气污染对气候的影响
关键词 空气污染/气候
内容

"未来几十年里,地球气温将逐渐升高摄氏五点五度,可能对人类的生命构成威胁."这是许多气象学家发出的惊人警告,而造成地球气温上升的原因,便是人类严重的污染了空气.
空气污染会影响天气,相反天气亦会影响污染物的产生与扩散.空气污染的扩散,受风向,风速,大气稳定度,混合层高度等的影响.风向决定了污朵染物输送的方向,风速决定了污染物输送的速度及置换纯净空气的能力,大气稳定度决定了污染物的垂直或水平扩散,混合层高度则受日照,地面粗糙,风速,大气温度递减率的影响而决定了污染物的上升和扩散与否.
对流层的位置约由地面至12公里的高度.在对流层里的气温随着高度增加而降低,大约是每上升1公里下降6.5℃,由于温度的变化大,使得空气不稳定而有对流产生,所有的气象变化均发生在此层中.同温层的位置约由地面12公里至50公里的高度.同温层里的温度变化和对流层相反,是随高度增加而略增,在这层里的空气对流及涡流的情形非常微弱,大气中的臭氧层便在此层的温度随高度的增加而锐减.游离层的位置在离地面80公里以上,空气极为稀薄,并且游离化,此层的温度随高度的增加而上升.
在对流层中,若大气温度随高度而上升,便形成温度分布的反常现象,称之为逆转现象.造成温度逆转的原因有二:第一是因日间太阳照射使地面的温度上升,到了夜间,热能由地面反向转冷的天空辐射使地面冷却,如此便在夜间产生辐射逆转,但在晨间即被破坏.第二是因气团停留在高气压区,空气以极缓慢的速率下降,压缩变热,形成一层遮盖,使空气无法上升,形成温度逆转的现象,称之为沉降逆转.由于接近地面的空气本身就具有较高的气压,所以受此种空气沉降的影响较小,通常沉降逆转只在某一高度形成局部温度逆转.温度逆转现象影响混合层的高度,当空气污染物的排放未能超出混合层高度而上升消散,则污染物将累积于地面附近,使得空气品质迅速变坏,造成灾害.
离地面愈高,大气压力愈低,今以一绝热箱形装置来仿真不同高度下的气压状态,并量取其温度.发现每上升一千公尺高度时,气温大约降低摄氏一度,这种温度随高度直线递减的关系,称为大气绝热递减率.当大气的温度递减率高于绝热递减率--即每升一千公尺,温度下降1℃以上--时称为超热状态,此时由于温度变化过大造成不稳定的气流,对于污染物的消散十分有利,可形成线圈形烟柱,而有效地逸散.反之,当大气的温度递减率低于绝热递减率时(即每升高一千公尺,温度下降1℃以下),称为次绝热状态,此时因温度变化小,气流稳定,污染物较不易消散,烟柱近似锥形.
阳光是地球最大的能量来,源地球表面或大气的温度受吸收阳光的多寡而定.入射的阳光中,仅有21％能直接照射到地面,其余的79％为大气中的云,气体和粒子所拦截.有关地球的能量平衡关系.
能量藉反射回到太空,使得地球表面所吸收和放出的能量相等,气温不致因过量吸收而增高或过量放出而降低.气温升高可能造成南北两极冰河期,使农作物产量大减,影响动物的生存.
尘埃能反射阳光,反射出去的阳光愈多,地球的气温就愈低.瓜哇附近的Krakatoa火山于1883年爆发,大量的火山灰喷出,灰尘在大气中停留达五年之久,使得这段期间内,北半球的气温凉爽了些.然而,尘粒能反射阳光,也能吸收阳光,再将能量放出为大气所吸收,因此尘粒对地球的气温有正,反两面,其影响则以反射阳光降低气温较大.
大气中会吸收红外线的气体有臭氧,水蒸汽和二氧化碳.水蒸汽的何量最大,是吸收红外线的主要角色.臭氧的何量太少,最不重要.二氧化碳则因人类大量燃烧石化燃料及热带雨林的被大量砍伐,使大气中的二氧化碳含量逐渐增加,提升其重要性.这个趋势说明了由于二氧化碳浓度的增加,地球表面温度有日渐上升的可能.
在同温层中,含有一层臭氧层,它可能拦截造成人类或生物减少的紫外线.如因臭氧层日渐稀薄,地球的生物就会受到威胁,臭氧愈少,气温愈会升高,一旦没有臭氧层时,人类就跟着灭亡.美国环境保护局最近的卫星测量显示,地球上某些地方的上空臭氧层正在消蚀之中,最令人担心的是每年秋天在南极出现的臭氧层漏洞,和美国面积一样大.造成臭氧层受侵蚀的主要原因是人工化学品,其中最主要的为冷冻剂化合物.有关臭氧层的成和受化学品侵蚀的化学反应或如下:
臭氧层的生成反应 :O2+hv--→2O
臭氧层的吸收紫外线反应:O3+hv--→O2+O+热
臭氧层受冷冻剂侵蚀反应:CF2Cl2+hv--→CF2Cl·+Cl· ClO·+O3--→ClO·+O2

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