《大气化学第二章》PPT课件.ppt

大气环境化学第二章,南京信息工程大学,大气物理学院 张泽锋,大气温度层结构,对流层 平流层 中间层 热层 逃逸层,大气各层的质量分布,全球大气总质量为5.131015t 对流层大气总质量为4.221015t，占82%强 平流层大气总质量为9.061014t，占18%弱 30km以上大气占全球大气总质量的1% 平流层以上大气占全球大气总质量的0.1%弱 大气化学研究的范围多为对流层+平流层,大气化学的一些基本概念,气体循环：大气组分通过大气圈与其它三个圈之间发生的物理、化学或者生物化学过程，不断进行着物质交换或者转化，我们称这一过程为气体循环 源：产生气体的过程，称为气体的源（Sources） 汇：大气中去除气体的过程是被除气体的汇（Sinks） 储库：大气是各种气体的微粒组分的储库，某种气体的储库即为该组份气体在大气中的一种储存 停留时间：某种组分在大气储库中存在的平均时间,大气污染源,向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所，设备和装置。,污染物的来源,天然污染源,火山喷发、森林火灾、自然尘、森林植物释放 、海浪飞沫,人为污染源,燃料燃烧,工业生产过程排放,交通运输过程中排放,农业活动排放,点源线源面源,天然源,大气污染物的汇机制,干沉降（重力和非重力） 湿沉降 化学反应去除 向平流层输送,大气化学的一些基本概念,气体循环：大气组分通过大气圈与其它三个圈之间发生的物理、化学或者生物化学过程，不断进行着物质交换或者转化，我们称这一过程为气体循环 源：产生气体的过程，称为气体的源（Sources） 汇：大气中去除气体的过程是被除气体的汇（Sinks） 储库：大气是各种气体的微粒组分的储库，某种气体的储库即为该组份气体在大气中的一种储存 停留时间：某种组分在大气储库中存在的平均时间,大气组成的分类,按停留时间的长短： 1) 准永久气体：停留时间106-107a，N2, Ar, Ne, Kr, Xe 2) 可变化组分：停留时间几年-10几年 CO2, CH4, N2O, H2,O3 3) 强可变组分：停留时间小于1a，CO, NOx, H2O, NH3, SOx, VOCs, aerosol 按浓度： 1)主要成分：1%, N2, O2, Ar 2)微量成分：1ppm1%, CO2, CH4, H2O, He, Kr 3)痕微量成分：1ppm, H2,O3, CO, N2O, NOx, SOx, VOCs, aerosol ,理想气体状态方程,PV=NRT P：气压 V：体积 N：摩尔数 T：绝对温度,R：通用常数 P取atm，R=0.0826atm/(mol.K) P取Pa， R=8.314J/(mol.k),大气成分的表示方法,按照摩尔比和分压比 空气密度变化时，mi保持常数，具有守恒性质,常用浓度单位： 1 ppmv = 1x10-6 1 ppbv = 1x10-9 1 pptv = 1x10-12,大气成分的表示方法,个数/cm3表示方法 N/V=P/RT 在P=101325Pa下 T为298K时 每立方米的分子数=2.461019分子/cm3 1ppm=? 1ppb=? 1ppt=? OH自由基= 106分子/cm3,大气成分的表示方法,ug/m3表示法,对物体i,从体积混合比ppb到质量浓度g/m3 ：,大气中的OH自由基,物理去除过程 湿沉降水溶性物质 干沉降粘性，反应性 化学去除过程 氧气？ 臭氧 O2(1g, 1g）？,全球CO的排放量大约为2800Tg,氧化剂的寻找,OH自由基是大气氧化性的主要组分,是否大气污染问题可以被大气氧化性所解决？,OH自由基在大气中的作用,Davis,1984,Ehhalt.1999,Lu,2010,OH自由基的源,全球尺度上或者清洁背景地区最重要的来源 O3+hv（330nm） O (1D) + O2 O (1D) + H2O 2OH 在污染的边界层和对流层自由大气中 HCHO + hv HO2 + NO OH OVOCs + hv RO2 + NO HO2 + NO OH 在清晨 HONO + hv OH+NO 在夜间 O3 + Alkenes OH + HO2 + products NO3 + VOC OH + HNO3+ products 次级来源 HO2 + NO OH +NO2 (光化学臭氧的产生过程),OH自由基的汇,Davis,1984,OH自由基的测量,OH自由基测量的4大挑战,浓度低灵敏度，选择性 反应活性强原位监测 停留时间短 受到局地源的控制,光学法测量OH自由基的原理,仪器原理示意图,差分光学吸收法（DOAS）,激光诱导荧光法（LIF）,化学离子质谱法(CIMS),OH自由基的测量结果,OH自由基的分布,OH自由基的模式研究,是英国leeds 大学开发的 MCM（Master Chemical Mechanism）机制 （Jenkin，1997，AE） Stockwell 等开发的RACM（Regional Atmospheric Chemical Mechanism）机制 （ Stockwell，JGR),Lu，2010,模式研究中的不确定性,Sillman，2002,Hollqnd,2003,反应动力学常数？ 仪器测量误差,大气中的重要污染物及其源汇简介,1）含硫化合物（SO2, H2S, DMS, COS, H2SO4） 2) 含氮化合物 （NO, NO2, NH3, HNO3, N2O, PAN） 3) 碳氧化物 （CO,