大气环境：chapter4-大气污染的气象过程(II)

1、第四章 大气污染的气象过程(II),提纲,干沉积 湿沉积,内容,干沉积 湿沉积,干沉积概念及影响因素,干沉积: 无降水时, 污染物通过重力、碰撞和吸收等过程从大气中清除并降落到地表面的过程。 影响干沉积的因子：大气湍流状况、污染物化学性质和下垫面特性。 气体可溶性和化学活性影响表面吸收; 颗粒物大小、密度、形状决定表面是否可捕获。非活性表面可阻止某些气体吸收或吸附; 光滑表面导致颗粒物反弹; 自然表面, 如植被, 一般增强干沉积。,J. H. Seinfeld K: 湍流交换系数; r: 阻抗; Vd : 干沉积速度Vd; C: 浓度。 Vd与已知浓度C的参考高度(如10m)有关。 J. H.

2、 Seinfeld 2) 准层流层中通过分子(气体)或布朗运动(颗粒物)输送至地表/冠层表面; 3) 地表/冠层表面吸收。,J. H. Seinfeld : 空气运动粘性; D: 某物种分子扩散系数; u*: 摩擦速度。J. H. Seinfeld 适度溶解气体NO叶肉阻力约90 s cm-1, NO2和O3叶肉阻力约5 s cm-1。,J. H. Seinfeld O: O3; rj: 冠层气孔对水汽总体阻力最小值。 J. H. Seinfeld Ts: 地表气温040C, 此范围之外气孔假定关闭, rst设定很大值; DH2O/Di: 水与气体i分子扩散系数之比; Hi*: 气体i有效亨利

3、常数; f0i: 溶解气体i归一化活性因子(01)。 DH2O/Di 、Hi*、 f0i 取值见下表(表19.4)。,J. H. Seinfeld G: 太阳辐射; : 局地地形坡度(弧度); rclS、rclO与季节和土地利用类型有关(表19.3); SO2、HNO3、NH3在水中电离, 其亨利常数由表19.5给出。,J. H. Seinfeld kL,A: 液体A质量传输系数; HA: 物种A亨利常数(M atm-1)。 易溶气体, 水面阻力小, 干沉积主要决定于空气动力和准层流层阻力; 微溶气体, 偏小, 水面阻力大, 干沉积受水面阻力影响大; 溶解气体水中电离, 电离效应由有效亨利常数

4、( )来反映。,J. H. Seinfeld : 平均自由程; : 空气粘性。 J. H. Seinfeld 粒径0.05m时, 布朗扩散作用很小。粒径220m时, 惯性碰撞有效输送通过准层流层; 粒径20m时, 重力沉降起主导作用。与更小或更大颗粒物相比, 粒径0.052m干沉积清除作用偏小。,J. H. Seinfeld R1是校正因子(颗粒物中粘附于地表的部分)。J. H. Seinfeld D: 颗粒物布朗扩散系数; k: 波尔兹曼常数; Cc: 校正系数(见上文); A: 采集物的半径; 参数、A见下表(表2 大颗粒物碰撞和捕获很有效,故1/rb较大; 粒径0.11.0m颗粒物无有效

5、清除过程, 故1/rb最小。u*越大, 1/rb越大。,u*,J. H. Seinfeld 15 城区 Zhang et al. (2001) Atmos. Environ., 35: 549-560.,颗粒物干沉积速度与其粒径及风速关系,中性层结, 密度2000 kg m-3, 盛夏(季节类型)。 风速越大, 森林处u*越大, 空气动力学阻力和表面阻力越小, 故Vd越大。 粒径0.12m颗粒物布朗扩散、碰撞或捕获作用均非很有效, 故Vd最小。,Sensitivity tests for dry deposition velocity depending on wind speed for L

6、UC 1 Zhang et al. (2001) Atmos. Environ., 35: 549-560.,干沉积测量,一般分为两类: 直接法和间接法。 直接法: 地表采集某沉积物种或近地面空气中测量垂直通量。 间接法: 测量某物种平均浓度或其平均浓度梯度, 然后与通量建立联系。 直接法假设较少但需要更精密的测量仪器。,J. H. Seinfeld g: 某气体清除系数s-1; Cg(z, t): 水平均一大气某气体浓度g m-3; h: 云底高度m。某气体总湿沉积 = 云向雨中传输率 + 云下清除率。,J. H. Seinfeld : 某气体云下平均清除系数s-1; Cg(t): 均一大气

7、某气体浓度g m-3; h: 云底高度m。,J. H. Seinfeld Kc: 物种质量传输系数m s-1; H*: 有效Henry系数; Dg: 气体扩散系数; : 空气粘滞系数; Ut: 雨滴下落速度; Dp: 雨滴直径; Sc(Schmidt数)。 Henrys law: 一定温度条件下, 一定体积稀溶液中所溶解的气体质量与溶解气体的分压力成正比。 J. H. Seinfeld Ut: 雨滴下落末速度; Cg: 云下均一大气中某气体浓度; h: 雨滴下落距离 (h = 0对应于云底); mscav: 云下单个雨滴清除某气体的量。,J. H. Seinfeld 2)小雨滴质量传输更有效气

8、体质量传输系数(Kc)更大。雨滴大小增加3个数量级, 数值改变8个数量级。易溶(不可逆溶解)气体典型值为13% min-1, 典型30min降水过程对HNO3或其它易溶(不可逆溶解)气体清除非常有效。 J. H. Seinfeld 当z DpUtH*RT/(6Kc)时, Caq H*RTCg(t), 雨滴下落一定距离与周围大气达平衡后, 停止清除气体。 J. H. Seinfeld 云下总清除率(Fbc) = 云下湿沉积率。 Fbc 0, 说明雨滴经过未饱和大气, 溶解气体蒸发, 云下大气中该气体浓度增大。,J. H. Seinfeld Case B: 无HNO3; Case C: 无氧化剂(H2O2 Case D: 无NH3。,J. H. Seinfeld 与Case A 相比, 无HNO3 (Case B)时, pH值增加很小, 原因是大雨滴下落时吸收HNO3较少。,J. H. Seinfeld 2)云滴或雨滴捕获部分剩余气溶胶。核化清除很有效, 云滴捕获气溶胶相当缓慢, 且通常清除气溶胶质量极少。,J. H. Seinfeld & S