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最后更新2023年1月2日星期一|紫外线辐射

当今世界不断增长的人口(67亿，美国人口普查局，2008年)面临着巨大的挑战，因为用于生产足够数量的食物、纤维、饲料、工业产品和生态系统服务的资源有限。由于全球人口每年增加近8000万，必须制定政策，以确保到2025年满足未来80亿人口和到2050年超过120亿人口的需求(联合国人口司，2008年)。预计约84%的增长将发生在发展中国家。雷竞技手机版app由于基本上没有新的可耕种的耕地，增加的粮食供应必须主要来自对现有耕地的更精耕细作。此外，随着集约化农业的发展，土壤退化将成为一个主要问题。世界水资源也是有限的，需求的增加将导致农业用水的可得性减少。城市社区一般不会优先考虑保护农业资源，如土地和水。在许多人口稠密的国家，通过灌溉多达75%的可耕地和雷竞技手机版app引进大多数粮食作物的高产品种来满足粮食和纤维需求，这些品种具有更高的投入使用效率，从而最大限度地提高产量。此外，人类从自然生态系统中获得的好处，如可销售的产品和商品(即木材、鱼类、药品)，娱乐机会(即露营、划船、狩猎、徒步旅行、钓鱼)，维护生物多样性，美学和精神体验，以及其他服务(即侵蚀控制，水净化，碳固存，氧气生产)，正受到不断增长的人口的栖息地破坏和空气污染的威胁水污染．除了这些压力之外，由于大气中温室气体浓度增加和假定是人为活动造成的臭氧层损耗，还存在全球气候变化的威胁。raybet雷竞技最新

raybet雷竞技最新气候变化并不是一个新现象。地球的气候在地质时期发生了raybet雷竞技最新巨大的变化，而且这些变化仍在发生。但不同的是，是否存在新的动力和气候变化的原因。raybet雷竞技最新在地质时期观察到的变化现在发生在更短的时间跨度内，特别是自地球灭绝以来工业革命的开端．显然，人类活动正在导致气候变化。raybet雷竞技最新二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)和对流层臭氧(O3)等主要人为温室气体的浓度已达到有史以来的最高水平，这主要是由于燃烧化石燃料农业和土地利用变化。工业化前CO2、CH4和N2O的浓度分别约为280 ppm、700 ppb和270 ppb。消耗臭氧的化学物质，如氯氟烃(CFC-11)和氢氟碳化合物(HFC-23)，在此期间并不存在perfluoromethane大概是40个ppt。目前CO2浓度约为380 ppm(以每年1.9 ppm的速度增加)，CH4约为1745 ppb (7.0 ppb/年)，N2O约为314 ppb (0.8 ppb/年)(IPCC, 2007)。即使我们现在减少排放，这些气体仍将在大气中停留很长时间，因为这些化学物质的大气寿命各不相同(CO2为5至200年，甲烷为12年，N2O为114年)。这些大气化学变化导致了所谓的“温室效应”(图14.1(a))。

图14.1全球变暖过程(a)和平流层臭氧耗损过程(b)。长波辐射被大气中的各种温室气体吸收，导致温度升高。对流层释放的氯氟烃、氢氟碳化合物和溴碳化合物的人为排放上升到平流层。当受到辐射时，原子氯或溴会被释放出来;这些物质与臭氧发生反应，转化为氧气，导致臭氧消耗。平流层臭氧消耗导致到达地球表面的紫外线辐射增加。经Prasad等人许可改编(2003b)

当太阳的能量穿过大气层使地球表面变暖时，一些被反射回大气层并消散到太空中。的温室效应指的是吸收反射辐射的特定气体的积累，有效地在低层大气中捕获热量，类似于在温室中发生的情况。最重要的吸热气体包括CO2、水蒸气、CH4、N2O、CFC-11和臭氧。

如果目前的温室气体排放速度继续下去，农业和自然生态系统都将面临这些吸热气体造成的巨大压力。过去的变化可能导致全球气温在上个世纪上升了约0.6°C。raybet雷竞技最新气候模型预测21世纪的变暖程度会更大。二氧化碳浓度预计将达到405ppm,2025年为460 ppm, 2050年为445 ppm至640 ppm, 2100年为720 ppm至1020 ppm (IPCC, 2007年)。在这些二氧化碳稳定情景下，预计到2025年全球平均气温上升0.4°C - 1.1°C，到2050年0.8°C-2.6°C，到2100年1.4°C-5.8°C。同样，这些时期的预计平均海平面上升分别为3厘米-14厘米、5厘米- 32厘米和9厘米- 88厘米。这些气候变化在过去一万年中是前所未raybet雷竞技最新有的。据预测，所有陆地地区变暖的速度都将快于全球平均水平，尤其是在寒冷季节的高纬度地区。此外，预测还表明，炎热天气将增加，寒冷天气、寒潮和霜冻天气将减少，气温将下降白天的温度夜间温度较高的范围。随着世界变暖，水文循环也将变得更加剧烈，导致降水更加不均匀和强烈。这将导致夏季干燥加剧和两者的相关风险干旱和洪水。预计的气候变化将对环境和社会raybet雷竞技最新经济系统产生有利和不利的影响，但更大和更突然的气候变化将造成更不利的影响，破坏性更大，特别是对种子植物。

除了温室效应，另一种被称为“臭氧空洞”的现象正在发生。臭氧是氧气的一种形式，在大气中起着两种作用。在地面附近，臭氧是一种空气污染物，是一种危害人类健康和环境的轻微温室气体。在上层大气中，即平流层(距地球表面10英里至30英里)，臭氧形成一层，有助于保护地球上的生命免受紫外线辐射;太阳的有害的射线．“臭氧空洞”一词指的是平流层(特别是在高纬度地区)的化学反应导致臭氧层变薄，这种反应是由被称为卤碳化合物的臭氧消耗化学物质释放造成的(图14.1(b))。由于成员国同意《蒙特利尔议定书》提出的准则，氟氯化碳的变化率有所下降。雷竞技手机版app尽管如此，浓度仍然很高(268 ppb)，其他化学物质，如HFC-23和全氟甲烷，分别约为14 ppt和80 ppt。由于根据《蒙特利尔议定书》及其修正案的规定减少了排放，许多这些气体的大气浓度正在减少或增加。然而，这些化学物质在大气中的停留时间差异很大(CFC-11为45年，HFC-23为260年，全氟甲烷为5万年以上)，并将对气候系统产生长期影响。raybet雷竞技最新因此，平流层内的臭氧层已大幅变薄，导致地面紫外线辐射较前增加约35%工业时期．

温室气体和臭氧之间有很强的化学相互作用。臭氧和氯氟烃是轻微的温室气体。参与臭氧消耗化学反应的几种气体也是温室气体。例如，水蒸气，

CH4和N2O最终会导致平流层气体(如NO2)的增加，这可以催化破坏臭氧。据预测，温室气体的增加可能会推迟臭氧的恢复，甚至可能导致本世纪后期臭氧耗损的增加(Randeniya等人，2002;麦肯齐等人，2003)。另一种化学反馈与平流层温度下降有关，这可能是地球表面未来全球变暖的结果。这将减缓破坏中纬度臭氧的反应，从而可能促进臭氧层的恢复(Rosenfield et al.， 2002)。在高纬度地区，当温度低于一个可能受到全球变暖影响的临界阈值时，通过冰和酸晶体表面的非均质化学反应，臭氧消耗的速度要快得多。一些辐射反馈过程也存在(McKenzie et al.， 2003)。气温升高会导致云层、降雨模式、冰的积累，以及地表反照率。同样，平流层臭氧损耗引起的辐射变化也抵消了一些全球变暖效应，在未来臭氧恢复的情况下，可能会加剧未来的全球变暖。之间的相互作用臭氧损耗和全球变暖是复杂的。有人认为，尽管目前平流层中的臭氧消耗主要是氯和溴(图14.1(b))，但从长远来看(~100年)，气候变化的影响将通过大气动力学和化学变化的影响来主导(McKenzie等人，2003年)。raybet雷竞技最新

臭氧损耗的主要后果是到达地球表面的紫外线辐射增加。紫外线辐射是一种电磁形式的能量，来自太阳。这种能量根据波长分为几个区域，波长以纳米(nm)为单位。一纳米是一毫米的百万分之一。波长越短，辐射的能量就越大。辐射的主要成分按能量递减顺序依次为伽马射线、x射线、紫外线、可见光、红外辐射、微波、无线电波。紫外线辐射根据波长又分为三类:紫外线- a(介于320纳米至400纳米之间);UV-B (280 nm ~ 320 nm);紫外- c (200nm ~ 280nm)。基于臭氧总量和总辐照度关系的计算表明紫外辐照度自20世纪80年代初以来，北半球和南半球中高纬度地区的海平面上升了6% -14%。据预测，臭氧每减少1%，低层大气中的紫外线照射就会增加2% - 3%。

更短的波长辐射对生物系统的损害更大。UV- a是紫外线光谱中危害最小的成分，大量到达地球表面。UV-B和UV-C都非常有害。大部分UV-C辐射被臭氧吸收，很少能到达平流层，也从未到达地球表面。UV-B辐射最有可能随着臭氧损耗的增加而到达地球表面。海拔、纬度和一天中的时间等因素会影响UV-B暴露量。当前全球地面UV-B辐射水平在某一天介于0至12 kJ m之间

赤道和中纬度地区接受较高剂量(总臭氧测绘光谱仪，2009，http://toms．戈达德宇航中心。美国国家航空航天局。gov / ery_uv / euv_v8。html)。太阳UV-B辐射的微小增加可以在细胞和整株水平上对植物产生重大影响。植物对各种气候变化因子的关系和响应如图14.2所示。raybet雷竞技最新