当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第十二章 全球性大气环境问题 > 12-3 臭氧层破坏问题 > Video
同学们好，这一节我们简要介绍臭氧层破坏问题
臭氧是一种无色有刺激性气味的气体，具有强烈的氧化活性
这张图给出了大气中臭氧的垂直浓度分布
对流层中臭氧浓度随着高度的增加而降低
且浓度相对较低，靠近地面的臭氧会危害人体健康
但高度进一步上升，距地面20～30km的平流层中
富集着一层体积分数约为十万分之一的臭氧层
臭氧层的臭氧含量虽然极其微少
但却具有非常强烈的吸收紫外线的功能
可以吸收240～320nm波长的紫外线
特别是可以吸收对生物有害的部分UV-B和少量UV-A
大大削弱了能到达地球表面的紫外线辐射的强度
对人体健康，如人体的皮肤、眼睛
和动植物均有重要的保护作用
所以，平流层的臭氧是需要保护的
研究臭氧的浓度分布时，比较常用的是Dobson单位
假定垂直气柱中的臭氧全部集中起来成为一个纯臭氧层
用这一纯臭氧层在0℃
1个大气压下的厚度来度量臭氧的总含量
厚度为10的-3次方厘米时定义为一个DU
标准状态下，全球臭氧层的平均厚度为300DU
全球的臭氧分布是不均的,存在纬度差异和季节变化
可以看出赤道地区臭氧层浓度较低
基本在225到275DU之间
而在北纬60度左右平流层臭氧浓度较高
最高可达到400DU以上
而在南纬约70度左右浓度较高
但在南极人们发现浓度可以降到200DU以下的水平
臭氧层的破坏最初是在80年代南极考察中发现的
在南极春季出现了臭氧层空洞
所谓臭氧洞，是指臭氧的柱浓度小于220DU
即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的区域
左边这张图给出的是2007-2014年
每年8到12月南半球浓度小于220DU的区域面积
可以看出臭氧层空洞主要出现在每年的9-11月份
需要注意的是，近年研究表明不仅南极有臭氧浓度降低的现象
在其他国家和地区如欧洲、美国、中国也存在这一现象
只是南极臭氧层空洞最为典型
那么，平流层臭氧是如何形成，又是如何被破坏的呢
其中最早提出的平流层臭氧生成和破坏的机理只涉及氧元素
也就是臭氧、氧气、氧原子间的反应
这个形成机制比较简单
首先是平流层中的氧气在紫外线的作用下分解成两个氧原子
一个氧原子和一个氧分子结合形成臭氧
这是臭氧的形成过程
形成的臭氧在紫外线的作用下可以分解
生成一个氧分子和一个氧原子
但分解臭氧的紫外线需要的波长可以较长
不超过320nm即可，而分解氧气需要的能量更多
紫外线要求波长不超过240nm
氧原子也可和臭氧反应，生成两个氧分子
这四个反应中
氧原子和臭氧的反应以及氧分子的光解是慢反应
另外两个是快反应
根据化学反应系数和大气常规组份浓度等相关知识
可以计算出对应高度理论上臭氧的浓度
和实测的结果比较，可以发现理论预测值约为观测值的两倍
这就说明，这个理论是有一定问题的
考虑到理论和观测结果的差异
三位大气领域的专家提出了平流层中的某些物质
可通过链式反应催化臭氧的消除
也就是臭氧的催化清除机理
这个机理考虑平流层中存在某类活性催化物质
以Y作为代表，可以和臭氧反应
生成Y的氧化物和氧气
Y的氧化物可以进一步和氧原子反应，生成Y和氧气
催化物Y本身在反应前后不发生变化
总的反应变成了臭氧和氧原子反应生成氧气
这里的活性物质Y主要包括三大类
奇氮，奇氢，奇卤类物质
当时提出这个理论的三位科学家主要考虑的是氯的影响
后来哈佛大学的MeElroy教授提出
溴在臭氧破坏中起到的重要作用
这里提出的溴的反应并不同于刚才讲到的反应过程
而是通过氧化溴和氧化氯的耦合反应来破化臭氧
因为溴的活化能力更强
该反应也对平流层中臭氧浓度有重要的影响
基于催化清除理论可以比较好地解释南极臭氧层空洞
首先，人类排放的CFC在近地面的空气流动中流向赤道附近
并在赤道抬升进入高空
向两极运动的过程中在冷空气的作用下下沉
并又通过低空流向赤道，形成环流
在南极的冬季，也就是6-9月份
下沉的气流受到山地的阻隔滞留，停止环流开始旋转
吸入冷空气形成旋涡
旋涡上升到臭氧层，由于其内部温度非常低
形成了极地平流层云
云中冰晶吸收积累了大气中的CFC和哈龙类物质
在南极春季阳光照射下
冰晶融化释放被吸附的氟氯烃类物质
在紫外线的照射下分解产生氯原子，消耗臭氧
形成臭氧层空洞。夏季由于极地旋涡崩溃
大气环流重新建立，臭氧层空洞逐渐恢复
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
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-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-附加：--Exercise
