大气环境化学 气候变化与大气化学
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North America and Europe Account for 50% of the antropogenic enhancement in greenhouse carbon compounds, Asia accounts for about 33%. See: NASA on Tracking Carbon Emissions from fossil fuels
再平衡时的温度变化
辐射平衡时为0
Te 0Fnet
不考虑反馈的灵敏度因子
0
1
4T 3
Te 4Fl
Fl Te
1
λ0≈0.3K(w/m2)-1, 加倍CO2, ΔFL=4.6w/m2,
ΔTe=1.4 K, 小于气候模式估计 没有考虑反馈, 如温度升高, 水汽增加, 加热效应
考虑工业革命至今的温室气体增加对全球年平均辐 射平衡的贡献为2.5 w/m2
Fl Te4
地气系统黑体辐射温度
Te
1 Rp
4
S0
1/ 4
地气系统平均发射功率 相当黑体温度
地面发射率 相当黑体温度
温室气体的温室效应
240wm-2 255 K
390wm-2 288 K 33 K
气候灵敏度因子 0
净辐射通量 Fnet Fs Fl
扰动时的变化 Fnet Fs Fl
Gas
Preindustrial 2000
CO2 (ppm)
~280
~370
Methane (ppb)
~700 ~1680
NOx (ppb)
~285 ~310
Anthropogenic Emissions
CO2: Fossil fuel consumption (>6.25 billion metric tons per year)
NOx and N2O: Fossil fuel use Agriculture: Nitrate fertilizers and soil depletion
温室气体的辐射强迫
3、气溶胶与气候变化
直接辐射强迫。对光散射贡献最大的大气气溶胶是硫酸
盐气溶胶。次微米的硫酸盐气溶胶大大增加了光散射的效 率。在大多数高度上，光散射效应是主要的，但吸收效应 在随高度的增加，其重要性增加，尤其是在高反射的雪或 冰覆盖的地表面(Charlson 1992 )。Charlson等人1991计算 了美国东部由于人为硫酸盐气溶胶反射太阳辐射引起的辐 射强迫是2Wm-2，
间接辐射强迫。大气气溶胶作为云凝结核（CCN）能直接
参与大气中云的形成和降水过程。大气气溶胶特征的改变可通 过改变CCN的分布特征来改变云的宏、微观结构，进而影响 云的反射率，改变云的辐射特征。大气气溶胶的这种通过改变 云辐射特征而影响全球辐射的作用称作间接辐射强迫作用。全 球能量平衡对云的反射率极为敏感，尤其是对大约覆盖地球四 分之一的海洋层云，反过来，云反射率的计算对云滴浓度的变 化也很敏感。Penner(1993)指出海洋层云中CCN 有30%的相 对变化会导致全球的热平衡改变1Wm-2。
气候变化和大气化学
1 、气候变化 2 、温室气体与气候变化 3 、气溶胶与气候变化
1 、气候变化
地气系统的辐射平衡和温室效应
气体吸收率和 波长的关系
入射太阳辐射通量
Fs
Biblioteka Baidu
S0 4
1 Rp
S0 太阳常数 1370w m-2
Rp 全球平均行星反照率
（albedo）
地气系统向外发射红外净通量
(if Business as Usual is correct then ~40 cm)
• Potential Positive (for people) Effects:
– Agriculture (the fertilization effect)
But not all crops will be affected. Corn, for example, will show little enhanced growth.
人为有机气溶胶大约是-0.5WM-2。对于其他的气溶胶可 能局地很重要但它们的全球气候效应却很小，尤其是沙尘 或森林野火等情况，因为它们产生的粒子较大，通常寿命 较短，传输距离也短。
大气气溶胶对光的吸收主要是其中的碳成分，它们大都由 含碳燃料的不充分燃烧产生的。尽管现在对 C吸收太阳辐 射还没有精确的计算，但已经明确在半球和全球尺度上， 它的重要性比硫酸盐和有机气溶胶要小得多(Penner 1994)。
Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa (CDIAC) Other Minor Sources: Industrial
Methane: Fossil fuel consumption: over one third Landfills: about one third Agriculture (soils and livestock) Other Minor Sources: Industrial
一维辐射对流模式估计的地面温度变化(IPCC 1995)
Effects of Change Global Climate?
• Potential Negative (for people) Effects:
– Enhanced Natural Hazards / Disasters – Reduced Agriculture (shift in patterns of rainfall) – Ecosystems (loss of biodiversity) – Urban Environment – Disease / health (over-blown) – Sea level rise and coastal systems
– Reduced Natural Hazards / Disasters
全球气候系统与大气化学
2、温室气体与气候变化
Greenhouse Gasses
• Water (H2O) • Carbon dioxide (CO2)* • Methane (CH4)* • Ozone (O3) • CFC's • Nitrous Oxides (N2O) • Oxides of Nitrogen (NOx) • Trace Gase
再平衡时的温度变化
辐射平衡时为0
Te 0Fnet
不考虑反馈的灵敏度因子
0
1
4T 3
Te 4Fl
Fl Te
1
λ0≈0.3K(w/m2)-1, 加倍CO2, ΔFL=4.6w/m2,
ΔTe=1.4 K, 小于气候模式估计 没有考虑反馈, 如温度升高, 水汽增加, 加热效应
考虑工业革命至今的温室气体增加对全球年平均辐 射平衡的贡献为2.5 w/m2
Fl Te4
地气系统黑体辐射温度
Te
1 Rp
4
S0
1/ 4
地气系统平均发射功率 相当黑体温度
地面发射率 相当黑体温度
温室气体的温室效应
240wm-2 255 K
390wm-2 288 K 33 K
气候灵敏度因子 0
净辐射通量 Fnet Fs Fl
扰动时的变化 Fnet Fs Fl
Gas
Preindustrial 2000
CO2 (ppm)
~280
~370
Methane (ppb)
~700 ~1680
NOx (ppb)
~285 ~310
Anthropogenic Emissions
CO2: Fossil fuel consumption (>6.25 billion metric tons per year)
NOx and N2O: Fossil fuel use Agriculture: Nitrate fertilizers and soil depletion
温室气体的辐射强迫
3、气溶胶与气候变化
直接辐射强迫。对光散射贡献最大的大气气溶胶是硫酸
盐气溶胶。次微米的硫酸盐气溶胶大大增加了光散射的效 率。在大多数高度上，光散射效应是主要的，但吸收效应 在随高度的增加，其重要性增加，尤其是在高反射的雪或 冰覆盖的地表面(Charlson 1992 )。Charlson等人1991计算 了美国东部由于人为硫酸盐气溶胶反射太阳辐射引起的辐 射强迫是2Wm-2，
间接辐射强迫。大气气溶胶作为云凝结核（CCN）能直接
参与大气中云的形成和降水过程。大气气溶胶特征的改变可通 过改变CCN的分布特征来改变云的宏、微观结构，进而影响 云的反射率，改变云的辐射特征。大气气溶胶的这种通过改变 云辐射特征而影响全球辐射的作用称作间接辐射强迫作用。全 球能量平衡对云的反射率极为敏感，尤其是对大约覆盖地球四 分之一的海洋层云，反过来，云反射率的计算对云滴浓度的变 化也很敏感。Penner(1993)指出海洋层云中CCN 有30%的相 对变化会导致全球的热平衡改变1Wm-2。
气候变化和大气化学
1 、气候变化 2 、温室气体与气候变化 3 、气溶胶与气候变化
1 、气候变化
地气系统的辐射平衡和温室效应
气体吸收率和 波长的关系
入射太阳辐射通量
Fs
Biblioteka Baidu
S0 4
1 Rp
S0 太阳常数 1370w m-2
Rp 全球平均行星反照率
（albedo）
地气系统向外发射红外净通量
(if Business as Usual is correct then ~40 cm)
• Potential Positive (for people) Effects:
– Agriculture (the fertilization effect)
But not all crops will be affected. Corn, for example, will show little enhanced growth.
人为有机气溶胶大约是-0.5WM-2。对于其他的气溶胶可 能局地很重要但它们的全球气候效应却很小，尤其是沙尘 或森林野火等情况，因为它们产生的粒子较大，通常寿命 较短，传输距离也短。
大气气溶胶对光的吸收主要是其中的碳成分，它们大都由 含碳燃料的不充分燃烧产生的。尽管现在对 C吸收太阳辐 射还没有精确的计算，但已经明确在半球和全球尺度上， 它的重要性比硫酸盐和有机气溶胶要小得多(Penner 1994)。
Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa (CDIAC) Other Minor Sources: Industrial
Methane: Fossil fuel consumption: over one third Landfills: about one third Agriculture (soils and livestock) Other Minor Sources: Industrial
一维辐射对流模式估计的地面温度变化(IPCC 1995)
Effects of Change Global Climate?
• Potential Negative (for people) Effects:
– Enhanced Natural Hazards / Disasters – Reduced Agriculture (shift in patterns of rainfall) – Ecosystems (loss of biodiversity) – Urban Environment – Disease / health (over-blown) – Sea level rise and coastal systems
– Reduced Natural Hazards / Disasters
全球气候系统与大气化学
2、温室气体与气候变化
Greenhouse Gasses
• Water (H2O) • Carbon dioxide (CO2)* • Methane (CH4)* • Ozone (O3) • CFC's • Nitrous Oxides (N2O) • Oxides of Nitrogen (NOx) • Trace Gase