«了解臭氧损耗»外文翻译资料

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外文文献翻译：

laquo;了解臭氧损耗raquo;

摘要：平流层的臭氧耗竭是近年来研究的热点之一，我们经常强调环境科学与环境政策的相互作用，以及积极的科学对政策的影响，在这里我们回顾一下光化学，以说明科学学习如何有可能误导政策。尤其是在观察有限的情况下，后者很可能发生，例如通常发生在全球变化领域与复杂系统的简化模型相结合。已经对臭氧耗竭案例进行研究，进一步的研究需要科学学习的动力，特别是在科学的评估过程中，以及评估是如何影响公共政策的发展的。

1介绍：臭氧耗竭问题的解决已成为分析问题的试金石。全球问题的环境决策(帕森 2003; 克里斯蒂2001)。太多的关注在是否已经向国际协议的发展背后的力量支付了费用，以及进化所扮演的角色(班尼迪克1998;巴雷特2003)。科学理解之间的问题已经深入探讨了导致蒙特利尔成功的特殊特征以及带来了其他因素的迅速出现的协议和后续协议。(罗兰1989, 2006; 班尼迪克)2003)在化学、技术和工业过程中取代了臭氧消耗 (安德森和玛达瓦 萨尔马 2002)，科学之间的相互作用、发展、科学评估、国内监管、国际谈判和技术创新，以及各种政府和私人的利益活动。(帕森2003;班尼迪克1998;密特和汤普森1997)。一些分析在比较蒙特利尔和京都议定书的政治、技术和经济，以及他们的发展和实施情况(巴雷特2003)。寻找能够促进同样有利的洞察力是一个关键动机和其他环境问题的结果。尽管政府在政府间科学评估有所发挥作用，例如美国国家科学院和世界气象组织。组织一次又一次的强调，但被支付到科学学习(甚至是错误判断)的时间和相对较少的关注，以及这些评估如何影响决策者。在寻求鼓励的过程课程中，一些更有挑战性的方面被忽视了,奥本海默等人在这个问题上已经确定了全球变化中的4个案例。在这个舞台上，学习途径向政策制定者提供了误导性信息。当关键的政策决策制定的时候,臭氧消耗就是一个例子。

其他的案例包括对南极西部冰盖稳定性的评估,人口，能源投影和用于提供政策的模型中的结构错误。每个案例都涉及到相关信息，并且考虑到模型的重要性。在全球变化评估中，这种现象可能更为普遍。在这篇文章中，我们回顾了了解臭氧消耗的历史，并以此为目标。

理解科学学习过程的局限性，并将它适用于全球变化。新的理解可能最终证明是错误的，以及如何达成共识。在评估中体现出来有时会掩盖重要的不确定性。我们既不关注评估过程本身的动态，也不关注其效用。的后者被广泛地覆盖在其他地方，而前者没有太多的探索。一个重要的结论是对评估过程的深入审查。可能是及时的，也许是以个案研究的形式，以便更好地判断其疗效。这篇文章的重点是狭隘的，并没有对臭氧科学进行全面的审查。(见所罗门1999;罗兰2006;世界气象组织2006)。相反，我们关注的是某些方面：臭氧光化学可以解释为什么学习有时会导致错误，关于科学家的结论，并有可能误导决策者的。对理论、实验和观察的相互作用进行了研究，并从中吸取经验教训。

了解全球变化的其他领域，错误的科学信仰(或新获得的真正信仰)的程度，受影响的政策决定在任何讨论的案例中都不明确。奥本海默等人(2008年，在这个问题上)由于影响决策的因素的多样性，特别是在臭氧损耗的情况下，关于这个问题存在争议。下面我们探讨。这个案例说明了协商一致的风险评估，并强调有必要对不确定性采取更广泛的方法，特别是在科学和政策正在发展的情况下。同时。即使对于这个经过充分研究的案例，我们也得出了进一步的研究结论。需要在两个关键领域:1)科学学习的动力，特别是科学的评估过程;并且2)这些评估的结果如何影响了公共政策的发展。

2臭氧消耗科学的发展：

2.1未扰动大气

关于平流层臭氧的第一个理论来源于英国 科学家西德尼查普曼1930年，他假设臭氧是由O₂的光解形成的，波长短于240纳米。

R1 →R1 hv→2O;

紧接着是重组反应：

R2 O O 2 M → O 3 M;

在这里M是一个介导空气分子，在实践中是N 2和2。平衡生产臭氧，查普曼提出了这些反应。

R3 O 3 hv → O O 2 1 lt; 1140 nm eth;

尽管在1930年没有直接的高层大气测量，查普曼(1930)基于他的理论：a)基于地面光学测量，显示出大部分的臭氧位于平流层。b)光学夜间空气辉光测量在上振动激发的氛围,反应产生的H O 3 → O 2，直到20世纪60年代中期，人们普遍认为R1-R4反应是这样的，足以解释平流层中臭氧的分布情况。这些反应不能受人类活动的影响，提高了测量的速率系数。反应R2和R4，使用更细心和更好的技术，证明了不平衡。存在于臭氧生产与破坏之间，并表现出额外的反应。需要完成光化学方案，特别是这两个反应

R5 O 3 OH → HO 2 O 2

R6 O 3 HO 2 → OH 2O 2

与最终结果2 O 3→3 O 2,是假设提供额外的臭氧亏损平流层。OH主要是由臭氧的光解产生的。

R7 O 3 hupsilon;（le;400 nm）→ O * O 2

当紧随其后：

R8 O * H 2 O → 2OH;

其中O *是一个电子激发的O原子，具有足够的能量来破坏h2o键。当这些反应在20世纪60年代被假设时，反应系数R5和R6。还没有在实验室里测量过，而是选择了解释测量臭氧浓度。后来证明了这些反应的速率。实际上，在适当的海拔处，要提供臭氧平衡，实在是太小了。后寻找其他的替代品，假设纯粹出于科学原因，与任何特定的人为效应无关，即在生产之间达成更好的协议。

臭氧的破坏可以通过一个不含2的反应周期来提供。催化剂:

R9 NO O3 →NO 2 O 2

R10 NO 2 O→ NO O 2

Ne O O 3 →2O 2 ;

催化剂没有来自反应。

R11 O * N 2 O→ 2NO:

一氧化二氮(N 2 O)很大程度上是由地球表面产生的产物之一（全球生化氮循环）。事实上，我们现在知道，在自然条件下，这种催化循环是提供臭氧所需平衡的主要循环。大部分同温层的生产和破坏，参见所罗门1999和罗兰2006年对这些发展的全面回顾，这些对光化学的补充通过观察臭氧的减少的重要性而得到证实。在太阳质子事件中，NOx(氮氧化物，NO, NO 2)的生产。需要注意的是，氢和氮氧化物相互干扰，例如，通过形成和破坏气相硝酸，HNO 3。

R12 NO 2 OH M→HNO 3 M

R13 HNO 3 hv → OH NO 2

R14 OH HNO 3 → H 2 O NO 3

或通过反应

R15 HO2 NO→ NO2 OH

在光化学方案中考虑这些混合反应就会导致a。减少OH、HO2、NO和NO2催化剂的浓度，从而保护，臭氧从其他更大的破坏。另外，Cl和ClO作为催化剂，也发生了臭氧破坏。类似的反应包括溴):

R16 Cl O3 → ClO O2

R17 ClO O →Cl O2

Ne O O3 →2O2

进一步的反应是形成和破坏盐酸，HCl和硝酸盐，ClONO2，反应:

R18 Cl CH4 →CH3 HCl

R19 HCl OH→ Cl H2O

R20 ClO NO2 M →ClONO2 M

R21 ClONO2 hupsilon;→ Cl NO3; or ClO NO2

R22 ClO NO→Cl NO2

在自然条件下，平流层的氯源是由氧化态提供的。氯甲烷(CH3Cl)，它被认为来源于藻类的代谢产物和土壤。

R23 CH3Cl OH →通过很多步骤→ HCl; ClONO2; Cl; ClO; 及其他: HCl和ClONO2 在大部分臭氧的高度都存在相对较长的寿命。在发现臭氧层空洞之前，人们最初认为损耗是存在的在上面25公里的。因此，R18和R20的反应保护了臭氧，使其免受更大的损失。上述催化反应涉及NO和NO2, Cl和ClO。因此,ClONO2和HCl被称为“油藏物种”。

2.2人为影响

查普曼的最初反应不允许人类活动对平流层产生影响臭氧。然而，人类活动导致了ClO, BrO，而NOx，通过它，对臭氧产生了人为的影响。第一个担忧平流层臭氧损失包括超音速飞机排放的可能性，最初关注水汽和反应R5和R6 (哈里森 1970)，到20世纪60年代中期，计划已经实现。这架飞机是由数百架这样的飞机组成的，在平流层飞行了近20公里高度。此外，由于火箭发动机的燃料燃烧，引起了人们的关注。早期的航天飞机被认为是氯气的来源(斯托拉斯基和西塞恩1974)。最终，其他的人类来源的平流层气体，包括H2O, N2O。特别是氯氟烃气体(莫利纳和罗兰 1974)。这些会导致HOx, NOx, ClOx的产生，从而破坏臭氧的催化作用，反应如上所示。由于氢、氮和氯的相互作用。平流层的化学成分复杂，有很多反馈，图1所示。

为了预测人类活动对臭氧层的损失，个体的反应是在实验室实验中进行了模拟实验，并将所得的速率系数计算在内，光化学模型。许多反应速率系数难以测量，因此实验室模拟的结果往往是非常不准确的，有时是按顺序的。导致估计臭氧损耗的高可变性，随着时间的推移，许多新的科学必须被创造出来。早期的建模工作不仅受到影响。由于速率系数的实验室测定需要经常校正，但也因为大气中反应性自由基的测量非常困难，模型的观测约束非常松散。例如，在1985年之前，臭氧还没有观察到耗竭，关键中间体的大气浓度化学方案中的物种，如OH, ClO, HNO3, NO, NO2不能用足够的准确度测试模型在高海拔地区的有效性。在平流层中，臭氧耗竭的地方稍后会出现。图2显示了在稳定状态下(遥远的未来)臭氧消耗的持续情况。用超音速飞机注射NOx，用氯氟烃固定排放气体。结果表明，随着时间的推移，学习有关光化学的效果。(使用由Donald Wuebbles创建和更新的数据)基于单个。一维模型，连续改进的动力学方案。有趣的是,这些人为来源的臭氧损失估计是负相关的，当预测NOx的催化作用会导致更大的臭氧消耗，反之亦然。

图1平流层中化学相互作用的示意图，不包括溴化合物，同样在平流层臭氧消耗中发挥重要作用。PSC =极地平流层云。查普曼(1930)提出的查普曼反应。获得更好的协议在臭氧的产生和破坏之间，HOx的反应在1950年被引入中间层，1965年的平流层。然而，这些反应是不够的。1970年，NOx的催化作用。有人提出假设，超音速飞机的NOx可能会破坏臭氧层。最终，它被证明了。由莫利纳提出的，主要人为造成臭氧损失是由CFC气体的大气排放造成的，和罗兰(1974)对冰粒子的非均匀反应的重要性在后者中得到了理解。20世纪80年代，法尔曼等人(1985)发现了“臭氧层空洞”。注意,这个图虽然有些反应，比如类似于R16的反应，但是包含了比文中讨论的更多的反应，涉及溴的R17，被忽略以提高图像的清晰度。

ClOx,反之亦然。造成这种奇怪行为的原因之一是OH的不同影响，NOx和ClOx浓度的化学反应。当估计反应系数时，更高的计算OH浓度，然后通过HNO3形成反应R12，NOx催化循环的NOx浓度和计算臭氧损耗下降;同时，通过反应R19预测Cl的可用性，并刺激臭氧。ClOx循环耗尽(R16和R17)。相反的行为发生在模拟中OH浓度下降。在最初的学习过程中(1974-1985年)所预测的损耗是主要的。考虑到额外的反应，并最终改进了速率的决定。实验室气相反应系数(见NAS 1984;1986年世界气象组织关于具体测量结果的讨论随着时间的推移导致了这些结果的变化。在时间，最大的臭氧消耗预计将发生在25公里高度以上。在一段较长时期内，预计的耗竭量会越来越小，也就是说，它会进一步远离。之后的值被证明是正确的(奥本海默等人(2008，在这个问题中)，图1)。然而，观察和了解臭氧的最大变化发生在。发现南极春季“臭氧空洞”(Farman e al 1985)，这是不可能的。

由目前讨论的气相反应解释，很明显这是异质的。平流层冰(或硝酸三水合物)颗粒表面的化学反应。（罗兰，1984;阿诺德，1986;所罗门，1986 )。图2计算了两种标准假定扰动的稳定状态下的臭氧-柱变化:(a) 2000。分子厘米minus;3 sminus;1一氧化氮释放在1公里间隔为中心(最初是基于20公里假设的，大型的平流层飞机(三角形);(b) CFC-11和CFC-12连续发射。1974率(圆圈)。这些计算是在劳伦斯利弗莫尔实验室进行了11年。使用实验室模拟(最初通常不正确)反应速率系数和其他光化学。参数、涡流扩散函数和边界条件(WMO 1986)温度低于minus;75°C(这发生在低于25公里高度和高纬度地区),可能导致“氯激活”，破坏上述水库。不一致的反应通常被忽视，因为他们认为它们不是。需要解释平流层臭氧的大规模分布(和臭氧)。耗竭尚未被观察到。还有，实验室测量的速率。异质反应极其困难，早期尝试失败或失败。在与高纬度地区寒冷条件不相关的条件下进行的(莫利纳等人，1985年)。一种非均匀反应使氯硝酸盐储层变为(莫利纳等人， 1987年)

R24 ClONO2 HCl → Cl2 HNO3:

当阳光在冬末/早春返回南极时，会产生一系列化学物质。例如，反应会导致Cl的产生：

R25 Cl

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