1、低碳经济循环经济与加快经济发展方式转变第一章人类面临的生存危机【本章要点】本章主要介绍的是目前人类面临的生存危机，主要包括全球气候的一系列变化、臭氧层被严重破坏、水资源短缺和水污染、土地荒漠化以及酸雨污染等危机。这些生存危机直接导致我们的碳基能源走向终结。第一节全球气候变化为了向国际社会和各国政府提供有关气候变化的科学、技术信息，1988 年 11 月，世界气象组织和联合国环境规划署建立了“政府间气候变化专门委员会(IPCC)” ，其任务是定期组织对有关气候变化研究结果的评估。自成立以来，它已发布了三次评估报告和一系列特别报告、技术报告，为各国政府和国际社会特别是联合国气候变化框架公约提供了气
2、候变化的最新科学信息。IPCC 第三次评估报告于 2001 年完成，是全世界数千位不同领域的科学家五年努力的成果，其科学成果已被科学杂志列为 2001 年世界十大科学新闻之一。IPCC 第三次评估报告指出，近百年来地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化，全球变暖已经对全球的生态系统以及社会经济系统产生了明显和深远的影响。国际上，目前缅合国气候变化框架公约正在就如何减缓这种气候变暖的趋势和如何控制温室气体排放进行谈判。(一)基本概念1天气、气候(1)天气是指短时间(几分钟到几天)发生的气象现象，如雷雨、冰雹、台风、寒潮、大风等。它们常常在短时间内造成集中的、强烈的影响和灾害。(2)气候
3、不同于天气。气候是指某一长时期内(月、季、年、数年到数百年及以上)气象要素(如温度、降水、风等)和天气过程的平均或统计状况，主要反映的是某一地区冷暖干湿等基本特征，通常由某一时期的平均值和距此平均值的离差值(气象上称距平值)表征。公众日常关心的是每天的天气如何，但不少经济活动的决策者和经济计划的制定者，为趋利避害，更关心气候状况，特别是未来的气候。2气候变化气候变化是指气候平均状态和离差(距平)两者中的一个或两者一起出现了统计意义上的显著变化。离差值增大，表明气候状态不稳定性增加，气候变化敏感性也增大。气候变化是由气候系统的变化引起的，气候系统包括大气圈、冰雪圈、生物圈、水圈、岩石圈(陆地)。
4、我国是世界上气候变化敏感区和脆弱区之一。引起气候系统变化的原因有多种，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化、火山爆发、地球运转轨道的变化和固体地球的变化等等。后者包括人类燃烧化石燃料、毁林以及其它工农业活动引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化等等。2页3温室气体和温室效应大气中的水汽、臭氧、二氧化碳等气体，可以透过太阳短波辐射(指吸收少)，使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射(指吸收多)，从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应” ，二氧化碳等气体则被称
5、为“温室气体”(Houghton，19972001)。如果没有温室气体，则全球地表平均温度应是 1 8 cC，而工业化前很长一段时间全球地面的平均温度实际上是 15左右。因此，如果大气中的温室气体浓度继续增加，进一步阻挡地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增大长波辐射量。地面温度增加后，水汽将增加(增加大气对地面长波辐射的吸收)，冰雪将融化(减少地面对太阳短波的反射)，又使地表进一步增温，即形成正反馈使全球变暖更显著。另一方面，水汽增加有可能使天空云量增加，从而使地表降温，形成负反馈。除了二氧化碳外，目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟
6、化碳、六氟化硫(见下表 1)。对气候变化影响最大的是二氧化碳，二氧化碳的生命期很长，一旦排放到大气中，其寿命可达 200 年，因而最受关注。表 1 温室气体的种类(IPCC。2001)种类 增温效应() 生命期(年)二氧化碳 63 50200甲烷 15 12-17氧化亚氮 120氢氟碳化物 13.3全氟化碳 50 000六氟化硫及其它 7 93页排放温室气体的人类活动包括：所有的化石能源燃烧活动排放二氧化碳(在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低)；化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏排放二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工业生产过程排放二氧化碳和氧化亚氮；水稻田、牛羊等反刍动物
7、消化过程排放甲烷；土地利用变化减少对二氧化碳的吸收；废弃物排放甲烷和氧化亚氮，等等。由表 2 可见，cO 揖然是最重要的温室气体，但它对人类与环境几乎是完全无害的，对于植物的生长甚至有益；它也几乎不影响大气化学过程；虽然它的含量在所有温室气体中是最多的，但其增温潜力(GwP)是最低的。而 N0x 在所有环境问题中都起作用，因而如果 NOx含量得以减少，则环境问题也将获益。表 2 不同温室气体对环境问题的影响(Berdowski 等人。2001)化合物 WS SS RT(D)RT(I) AR TON(D)ToN(t)03 OCC02 【+】N20 【+】S02 +】【+】【+】【+】CO +】卜
8、】【+】+【+【+】NMVOC +】【+】【+】+ +】【+【+】CH。 +】+ + 【+】+ 【+】NOx 【+】+】+ + +】【+【+CFCs 【+】+ + Aerosols【+【+【+】+】【+】+】注：WS=冬季雾，SS=夏季雾，RT=辐射传输(D 代表直接影响，I 代表是间接影响)，AR=酸雨，ToN=毒性(I 代表其反应产品，如乙醛，它是 NMVOCf 非甲烷挥发性有机化合物)氧化反应的产品)，OC=大气的氯化能力，这是自身清除能力的一种受量， 【+】代表有影响， 【一】代表无影响。4页(二)全球气候正经历以变暖为主要特征的变化。近 50 年的气候变化很可能主要由人类活动造成 对
9、人类活动增加大气中温室气体的浓度可能导致气候变化的研究，可以追溯到19 世纪末。1896 年，瑞典科学家斯万特阿尔赫尼斯就对燃煤可能改变地球气候做出了预测。他指出，当大气中二氧化碳浓度加倍时，全球平均气温将增加 56cI=。之后，有许多科学家陆续对此问题进行了一些研究。1957 年，瑞威拉等在美国发表了一篇关于增加大气中温室气体浓度可能产生气候变化的论文。同年，美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测，从而正式揭开人类研究气候变化的序幕。IPCC 第三次评估报告综合国际上各方面研究结果对全球气候变化的基本事实给出了评估意见(Houglton 等人，2001；Mc-Carthv 等人，2001)
10、，其主要内容如下：860 年以来，根据地面气象仪器观测结果，全球平均温度升高了 0602C。近百年来最暖的年份均出现在 1983 年以后。20 世纪北半球温度的增幅，可能是过去 l 000 年中最高的。近百年来，降水分布也发生了变化。大陆地区尤其是中高纬地区降水增加，非洲等一些地区降水减少。有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)的出现频率与强度增加。 由于气候变暖，使海水产生热膨胀。同时，近百年来极冰的大量融化，使全球海平面上升了 1020 厘米。 大气中温室气体浓度明显增加。大气中二氧化碳的浓度目前已达到 368ppmv(百万分之一体积)，比工
11、业化之前增加了 88ppmv，这可能是过去 42 万年中的最高值。对过去 100 多年气候的模拟表明，只考虑自然因子作用的模拟结果，与 1 860。2 000年的气候演变差异较大；同时模拟自然因子和人类活动的作用，可以相当好地模拟出过去100 多年的气候变化。因而，近百年全球气候变化是由自然的气候波动和人类活动的作用共同造成的。近 50 年的温度变化，很可能主要是人类活动排放的温室气体造成的。综上所述，近百年来地球气候正经历一次以全球气候变暖为主要特征的显著变化，这种变暖是由自然的气候波动和人类活动共同引起的。但最近 50 年的气候变化，很可能主要是人类活动造成的(三)近百年我国气候在变暖，以
12、冬季和西北、华北、东北最为明显在全球变暖的大背景下，我国近百年的气候也发生了明显变化(秦大河等，2002)，主要表现为：近百年我国气候变化的趋势与全球气候变化的总趋势基本一致。近百年来，我国气温上升了 04。05，略低于全球平均的 06；我国 20 世纪 90 年代是近百年来最暖时期之一，但尚未超过 20 世纪 2040 年代最暖时期。从地域分布看，我国气候变暖最明显的地区在西北、华北、东北地区，其中西北(陕、甘、宁、新)变暖的强度高于全国平均值。长江以南地区变暖趋势不显著。从季节分布看，我国冬季增温最明显。1985 年以来，我国已连续出现了 16 个全国大范围的暖冬，1998 年冬季最暖，2
13、001 年次之。我国降水以 20 世纪 50 年代最多，以后逐渐减少，华北地区尤其如此。这意味着华北地区出现了暖干化趋势。 、以上所述表明，近百年来中国的气候也在变暖，以西北、华北、东北变暖最明显，其中华北地区出现了暖干化趋势。6页(四)全球气候将继续变暖不同的社会一经济假设(如人口增长速率、经济发展速度、社会进步水平和技术进步程度等)，对应着不同的温室气体和气溶胶排放水平。IPCC 第三次评估报告构造了 36 种不同温室气体排放情景，基本上涵盖了理想情况(人口增长得到控制、技术迅速改进、经济迅速发展)到不理想情况(人口不断增长，技术和经济发展缓慢)之间的各种情况。其中 6 种代表性的温室气体
14、排放情景表明，人类活动造成的温室气体排放，将使大气中二氧化碳的浓度从工业化前的 280ppmv 上升到 2100 年的 540970ppmv。也就是说，未来 100 年温室气体排放的幅度将可能在 5405970ppmv 间变化。预测未来气候变化的主要工具是气候模式。在这种模式中，考虑了海洋与大气的相互作用，以及温室气体的变化对气候状况的影响。科学家使用 31 个复杂气候模式，对 6 种代表性温室气体排放情景下未来 100 年的全球气候变化进行了预测。结果表明：全球平均地表气温到 2100 年时将比 1990 年上升 1458。这一增温值将是 20 世纪内增温值(06C 左右)的 2lO 倍，可
15、能是近 10000 年中增温最显著的速率。2l 世纪全球平均降水将会增加，但大部分年平均降水增加的区域很可能同时出现大的年际变化。北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小。全球平均海平面到 2100 年时将比 1990 年上升 009088m，各个区域的上升值将有较大的差异。一些极端事件(如高温天气、强降水、热带气旋强风等)发生的频率会增加。 另外，我国科学家使用国际上先进的全球气候模式和我国区域气候模式，在假定大气二氧化碳浓度继续增加和气溶胶浓度改变的情景下，预测了我国未来气候的变化。结果表明：7页我国气候将继续变暖。到 2020-2030 年，全国平均气温将上升 17cC；到 2050 年，全国平
16、均气温将上升 22；当大气中二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升 29C。我国气候变暖的幅度由南向北增加。到 2030 年，我国西北地区气温可能上升1923，西南可能上升 16c【=20C，青藏高原可能上升 22“1226。我国不少地区降水出现增加趋势，东南沿海增加值为最大。长江中下游地区出现变干的趋势，华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。由上述各点可知，全球变暖将继续下去，即便大气中的温室气体浓度从现在起稳定，这种变暖趋势还要继续几十年。随着污染治理，硫化物气溶胶的排放将减少，因此未来增暖的速率将比过去 100 年更快。(五)气候变化预测存在着不确定性由于目前对气候系统的认识有限，
17、 上述气候变化预测结果给出的只是可能的变化趋势和方向，包含有相当大的不确定性。降水预测的不确定性比温度的更大。产生不确定性的原因很多，主要有：1未来大气中温室气体浓度的估算存在不确定性未来大气中的二氧化碳浓度，直接影响未来气候变暖的幅度。只有弄清了碳循环过程中的各种“汇”和“源” ，尤其是陆地生态系统和海洋物理过程和生化过程到底吸收了多少排放的二氧化碳(包括气候系统各圈层之间的相互影响)才能比较准确地判明未来大气中的二氧化碳浓度将如何变化。但现在对温室气体“汇”和“源”的了解还很有限。同时，各国未来的温室气体和气溶胶排放量，取决于当时的人口、经济、社会等状况，这使得现在就准确地预测未来大气中温
18、室气体的浓度相当困难。 8页2可用于气候研究和模拟的气候系统资料不足我国现有的与气候系统观测有关的观测网，基本是围绕某一部门、某一学科的需要而独立建设和运行的。站网布局、观测内容等方面都不能满足气候系统和气候变化研究和模拟的要求。3用于预测未来气候变化的气候模式系统不够完善要比较准确地预测未来 50100 年的全球和区域气候变化，必须依靠复杂的全球海气耦合模式和高分辨率的区域气候模式。但是， 目前气候模式对云、海洋、极地冰盖等引起物理过程和化学过程的描述还很不完善，模式还不能处理好云和海洋环流的效应以及区域降水变化等。就预测我国未来气候变化而言，适合我国使用的气候模式仍处于发展之中，迄今所用的
19、国外模式尚不能准确地构筑我国未来气候变化的情景。(六)气候变化的影响和危害近年来，世界各国出现了几百年来历史上最热的天气，厄尔尼诺现象也频繁发生，给各国造成了巨大经济损失。发展中国家抗灾能力弱，受害最为严重。发达国家也未能幸免于难，1995 年芝加哥的热浪引起 500 多人死亡，1993 年美国一场飓风就造成 400 亿美元的损失。80 年代，保险业同气候有关的索赔是 140 亿美元，1990 到 1995 年间就几乎达 500 亿美元。这些情况显示出人类对气候变化，特别是气候变暖所导致的气象灾害的适应能力是相当弱的，需要采取行动防范。按现在的一些发展趋势，科学家预测有可能出现的影响和危害有：
20、1海平面上升全世界大约有 13 的人口生活在沿海岸线 60 公里的范围内，经济发达，城市密集。全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，可能在 2100 年使海平面上升 50 厘米，危及全球沿海地区，特别是那些人口稠密、经济发达的河口和沿海低地。这些地区可能会遭受淹没或海水人侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地恶化，海水倒灌和洪水加剧，港口受损，并影响沿海养殖业，破坏供排水系统。9页2影响农业和自然生态系统随着二氧化碳浓度增加和气候变暖，可能会增加植物的光合作用，延长生长季节，使世界一些地区更加适合农业耕作。但全球气温和降雨形态的迅速变化，也可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快
21、适应这种变化，使其遭受很大的破坏性影响，造成大范围的森林植被破坏和农业灾害。3加剧洪涝、干旱及其他气象灾害气候变暖导致的气候灾害增多可能是一个更为突出的问题。全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大规模的灾害损失。有的科学家根据气候变化的历史数据，推测气候变暖可能破坏海洋环流，引发新的冰河期，给高纬度地区造成可怕的气候灾难。4影响人类健康气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率，增加传染病。高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的增加。由昆虫传播的疟疾及其他传染病与温度有很大的关系，随着温度升高，可能使许多国家疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、
22、黑热病、登革热、脑炎增加或再次发生。在高纬度地区，这些疾病传播的危险性可能会更大。5气候变化及其对我国的影响从中外专家的一些研究结果来看，总体上我国的变暖趋势冬季将强于夏季；在北方和西部的温暖地区以及沿海地区降雨量将会增加，长江、黄河等流域的洪水爆发频率会更高；东南沿海地区台风和暴雨也将更为频繁；春季和初夏许多地区干旱加剧，干热风频繁，土壤蒸发量上升。农业是受影响最严重的部门。温度升高将延长生长期，减少霜冻，二氧化碳的“肥料效应， ，会增强光合作用，对农业产生有利影响；但土壤蒸发量上升，洪涝灾害增多和海水侵蚀等也将造成农业减产。对草原畜牧业和渔业的影响总体上是不利的。海平面上升最严重的影响是增
23、加了风暴潮和台风发生的频率和强度，海水入侵和沿海侵蚀也将引起经济和社会的巨大损失。10 页全球气候系统非常复杂，影响气候变化因素非常多，涉及太阳辐射、大气构成、海洋、陆地和人类活动等诸多方面，对气候变化趋势，在科学认识上还存在不确定性，特别是对不同区域气候的变化趋势及其具体影响和危害，还无法作出比较准确的判断。但从风险评价角度而言，大多数科学家断言气候变化是人类(七)控制气候变化的国际行动和对策为了控制温室气体排放和气候变化危害，1992 年联合国环发大会通过气候变化框架公约 ，提出到 90 年代末使发达国家温室气体的年排放量控制在 1990 年的水平。1997 年，在日本京都召开了缔约国第二
24、次大会，通过了京都议定书 ，规定了 6 种受控温室气体，明确了各发达国家削减温室气体排放量的比例，并且允许发达国家之间采取联合履约的行动。发展中国家温室气体的排放尚不受限制。从当前温室气体产生的原因和人类掌握的科学技术手段来看，控制气候变化及其影响的主要途径是制定适当的能源发展战略，逐步稳定和削减排放量，增加吸收量，并采取必要的适应气候变化的措施。控制温室气体排放的途径主要是改变能源结构，控制化石燃料使用量，增加核能和可再生能源使用比例；提高发电和其他能源转换部门的效率；提高工业生产部门的能源使用效率，降低单位产品能耗；提高建筑采暖等民用能源效率；提高交通部门的能源效率；减少森林植被的破坏，控
25、制水田和垃圾填埋场排放甲烷等，由此来控制和减少二氧化碳等温室气体的排放量。 （11 页）增加温室气体吸收的途径主要有植树造林和采用固碳技术，其中固碳技术指把燃烧气体中的二氧化碳分离、回收，然后深海弃置和地下弃置，或者通过化学、物理以及生物方法固定。固碳技术的技术原理是清楚的明确的，但能否成为实用技术还是未知数，适应气候变化的措施主要是培养新的农作物品种，调整农业生产结构，规划和建设防止海岸侵蚀的工程等。从各国政府可能采取的政策手段来看，一是实行直接控制，包括限制化石燃料的使用和温室气体的排放，限制砍伐森林；二是应用经济手段，包括征收污染税费，实施排污权交易(包括各国之间的联合履约)，提供补助资
26、金和开发援助；三是鼓励公众参与，包括向公众提供信息，进行教育、培训等。从今后可供选择的技术来看，主要有节能技术、生物能技术、二氧化碳固定技术等。面对全球气候变化问题，发达国家己把开发节能和新型能源技术列为能源战略的重点。到 90年代，美国能源部已把开发高效能源技术和减排温室气体列为中心任务，致力于开发各种先进发电技术及其他面向 21 世纪的远景能源技术。12第二节环境的破坏与,污染(一)臭氧层破坏臭氧层破坏是当前全球面临的环境问题之一。自 70 年代以来就开始受到世界各国的关注。从 1995 年起，每年的 9 月 16 日被定为“国际保护臭氧层日” 。臭氧(O，)是一种有臭味的气体，常温下为浅
27、蓝色。在大气圈的平流层中，距地面1535 公里的高度上有一个臭氧含量较高的臭氧层，它好像一个巨大的过滤网，可以吸收和滤掉太阳光中有害的紫外线，有效地保护地球生物的生存。1985 年，英国科学家首次发现，南极上空在 9 至 10 月平均臭氧含量减少 50左右，并呈周期性出现。北极臭氧层耗损也很明显。臭氧层耗损对人类健康及其生存环境的主要危害是：大量的紫外线直接辐射地面，导致人类皮肤癌、白内障发病率增高，并抑制人体免疫系统功能；农作物受害减产，影响粮食生产和食品供应；破坏海洋生态系统的食物链，导致生态平衡破坏。1臭氧层损耗与“臭氧洞”1984 年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。1985 年
28、，美国的“雨云一 7 号”气象卫星测到了这个臭氧洞。以后经过数年的连续观测，进一步得到证实。据 NASA 报道，NASA 的“Nimbus-7”卫星上的总臭氧测定记录数据表明，近年来，南极上空的臭氧洞有恶化的趋势。目前不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少现象。NASA 和欧洲臭氧层联合调查组分别进行的测定都表明了这二点。 13页2昊氧层破坏的原因对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为人类过多地使用氯氟烃类化学物质(用 CFC。表示)是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质，1930 年由美国的杜邦公司投入生产。在第二次世界大战后，尤其是进入 60 年以后，开
29、始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外，哈龙类物质(用于灭火器)、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。3臭氧层破坏对生物圈的影响由于臭氧层中臭氧的减少，照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为 240-329 纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响。臭氧层破坏以后，人体直接暴露于紫外辐射的机会大大增加，这将给人体健康带来不少麻烦。首先，紫外辐射增强使患呼吸系统传染病的人增加；受到过多的紫外线照射还会增加皮肤癌和白内障的发病率。此外，强烈的紫外辐射促使皮肤老化。(二)水资源与水污染1世界水资源状况(1)世界水资源有限
30、世界上水的总储量约有 14-Z,立方公里，平铺在地球表面上约有 3000 米高。地球表面70被水覆盖，因此有人把地球说成是蓝色星球，又叫水球。地球上的水 972的水都分布在大洋和浅海中，这些咸水是人类无法直接利用的(要利用就要海水淡化，成本高)。陆地上两极冰盖和高山冰川中的储水占总水量的 215。目前也无法直接利用。余下的065才是人类可直接利用的。从数字上可以看出，水是丰富的，但可利用的淡水资源是极其有限的。若把一桶水比为地球上的水，可用的淡水只有几滴。14页人类用水量中，25的消费被用于工业，70以上则用于农场和牧场。农业是用水矛盾最突出的领域。当今世界的水资源分布十分不均。除了欧洲因地理
31、环境优越、水资源较为丰富以外，其他各洲都不同程度地存在一些严重缺水地区，最为明显的是非洲撒哈拉以南的内陆国家，那里几乎没有一个国家不存在严重缺水的问题；在亚洲也存在类似问题。例如， 公元前每天人均耗水约 12 升，中世纪时人均耗水增加到 2040 升，18 世纪增加到 60 升，当前发达国家一些大城市人均每天耗水 500 升。在发展中国家，对水的需求量也日益增加，如我国，近 20 年城市用水翻了几番。根据有关专家预测，到 2000 年，全世界的用水量将由1985 年的 3900 亿立方米增长到 6000 亿立方米。届时人们将面临全球性的严重水荒。阿拉伯联合酋长国被迫从 1 984 年起每年从日本进口雨水 2000 万立方米。2中国的水资源状况(1)总况我国水资源总储量约 281 万立方米，居世界第六位，但人均水资源量不足 2400 立方米，仅为世界人均占水量的 14，相当于美国的 15，前苏联的 17，加拿大的 148，世界排名 110 位，被列为全球 13 个人均水资源贫乏国家之一。全世界有 60 多个国家和地区严重缺水，13 的人口得不到安全用水。90 年代初，我国 476 个城市中缺水城市近 300 个。
