《大气环境化学》 (2)ppt课件

1、第二章：大气环境化学3几种代表性的大气环境污染问题几种代表性的大气环境污染问题酸雨，光化学烟雾，酸雨，光化学烟雾，温室效应，全球变暖温室效应，全球变暖臭氧层破坏臭氧层破坏第一节、污染物在大气中的迁移第一节、污染物在大气中的迁移1 1、对流层、对流层: : 平均厚度平均厚度12km,12km,赤道赤道19km19km，两极，两极8-8-9km9km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。特点特点: :1 1气温随高度升高而降低。气温随高度升高而降低。 2 2空气密度大。空气密度大。 3 3天气复杂多变。天气复杂多变。 4 4对流层下部湍流。对流层下部湍流。特点：特点：

2、1空气根本无对流，平流运动占显著优势。空气根本无对流，平流运动占显著优势。2空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气景象，透明度极高。空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气景象，透明度极高。3在在15-35km的范围内平流层上层，厚度约的范围内平流层上层，厚度约20km的臭氧层。的臭氧层。2 2、平流层、平流层: : 对流层顶到约对流层顶到约50km50km的地方的地方3 3、中间层、中间层 从平流层顶到约从平流层顶到约85km85km的高度。的高度。1 1 空气更稀薄空气更稀薄2 2 无水分无水分3 3 温度随高度添加而降低，中间层顶，气温最低温度随高度添加而降低，中间层顶，气

3、温最低 -100-1004 4 中间层中上部，气体分子中间层中上部，气体分子O2O2、N2N2开场电离。开场电离。 4 4、热成层、热成层 从从80km80km到约到约800km800km的的地方地方温度随高度添加迅速增高；温度随高度添加迅速增高；大气更为稀薄大气更为稀薄; ;大部分空气分子被电离成为离子和自在电大部分空气分子被电离成为离子和自在电子，又称电离层，可以反射无线电波子，又称电离层，可以反射无线电波5 5、逸散层、逸散层 1 1 800km 800km以上高空以上高空 2 2 空气稀薄，密度几乎与太空空气稀薄，密度几乎与太空一样一样 3 3 空气分子受地球引力极小，空气分子受地球引

4、力极小，所以所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去去 气温、气压、湿度、风、云量1 1、气温、气温 普通气候中采用的气温是指离地面普通气候中采用的气温是指离地面1.5m1.5m高度处高度处百叶箱中观测到的空气温度。百叶箱中观测到的空气温度。 大气预测模型中运用的气温普通也是指该温度。大气预测模型中运用的气温普通也是指该温度。 气温在程度方向的差别导致气流程度方向运动气温在程度方向的差别导致气流程度方向运动的动力，构成风，可以稀释和迁移污染物的动力，构成风，可以稀释和迁移污染物 气温在垂直方向的差别导致气流的上下剧烈对气温在垂直方向的差别导致气流的上下剧烈对流，有

5、利于构成降水，可以冲刷污染物。流，有利于构成降水，可以冲刷污染物。2 2、气压、气压: :初始形状：初始形状： 地面处高度地面处高度0 0： 压强压强p1=gzp1=gz高度添加高度添加z, z, 那么高度那么高度z z处：处： 压强压强p2=g(z-p2=g(z-z)z) 所以，得到：所以，得到：P2-P1=P2-P1=p=-gp=-gz z转化为微分方式那么： (1)密度g/m3，空气=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2。另外，气候学上用比气体常数来表示形状方程，其推导过程为：pv=nRT = (令 )= (2)gdzdpMmRTpv MRTMRTvmpMRR TRp其中其中R=8

6、.314JR=8.314Jmol-1mol-1K-1,MK-1,M气体摩尔质量空气的摩尔体积为气体摩尔质量空气的摩尔体积为22.4l22.4lmol-1mol-1，空气密度，空气密度=1.29g=1.29gl-1,l-1,所以所以M=22.4M=22.4* *1.29=28.869gmol-1.29=28.869gmol-1 1, ,所以所以R R=R/M=287 J=R/M=287 Jkg-1kg-1K-1K-1。由由1 1和和2 2得到：得到： = = = 3 3 可见只需知道温度随高度的分布函数方式，就可以推得气压随高度可见只需知道温度随高度的分布函数方式，就可以推得气压随高度的变化函数

7、方式。的变化函数方式。gdzdpTRpgdzTRgdzTRgpdp1dzTRgpdp1dzTRgpp1ln0dzTRgpp1exp0 风玫瑰图风玫瑰图m/sm/s3 3、风、风 程度方向的空气运动，垂直程度方向的空气运动，垂直方向那么称为对流或升降气方向那么称为对流或升降气流。流。 普通用风向、风速来表普通用风向、风速来表示风的特征示风的特征 风向普通用风向普通用1616个方位表个方位表示，示，(E S W N)(E S W N) 风速是单位时间内空气风速是单位时间内空气在 程 度 方 向 挪 动 的 间 隔在 程 度 方 向 挪 动 的 间 隔m/sm/s 普通风速是地面以上普通风速是地面以

8、上10m10m处风速仪观测得到的平均值处风速仪观测得到的平均值4 4、云、云 大气中水汽凝结的产物大气中水汽凝结的产物 普通用云量、云高来确定大气稳定普通用云量、云高来确定大气稳定度度 云高：云层底部间隔地面的高度，云高：云层底部间隔地面的高度，高云高云5000m5000m中云中云2500-5000m2500-5000m低云低云2500m = = 根据迈耶定律：R+Cv=Cp(定压比热，压力不变情况下，体系 内能变化，Jmol-1K-1) 所以：nCvdTdppnRTnRdTdppnRTnCvdTnRdTdppRTCvdTRdTpdpRTdTCvR)(pdpRTdTCp= = =对于空气R=2

9、87 Jmol-1K-1 Cp=996.5 Jmol-1K-1所以：3、干绝热递减率气团干绝热升高或降低单位间隔时，温度降低或升高的数值，称为干绝热递减率:推导过程： rd=-由于： 干绝热方程2121pppTTpdpCRTdT1212lnlnppCRTTppCRppTT1212286. 01212ppTT ddzdT pdpCRTdTp 所以所以rd=- =rd=- =又由于又由于所以：所以：rd= =rd= =又由于又由于p=RTp=RT故故rd= = =0.98K/100mrd= = =0.98K/100m 1N=1kg m s-2,1J=1N m1N=1kg m s-2,1J=1N m

10、dpdpdzdppCRTdzpdpCRT11gdzdpdpgpCRT1dpCgpRTpCg11221121125 .9968 . 95 .9968 . 95 .9968 . 9KmkgkgmsmsKNmkgmsKJkgmsddzdT干绝热递减率常数的推导干绝热递减率常数的推导大气稳定度：是指大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。根据大气垂直递减率r和干绝热递减率rd的对比关系，可以确定大气稳定度。稳定：气团分开原来位置后有回归的趋势rrd中性：介于上述两种情况之间r=rd留意其中rd根本为不变常数0.98k/100m，r那么能够变化很大。解释：解释： 当当rrdrrd时，气团分开原

11、来位时，气团分开原来位置上升到某一高度时，由于置上升到某一高度时，由于rrdrrd，所以气团内降温速率为所以气团内降温速率为rdrd要要比气团外降温速率为比气团外降温速率为r r幅度幅度大，一样起始温度情况下，气团大，一样起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度低，所以内温度会比气团外温度低，所以气团有回归趋势。气团有回归趋势。 当当r rrdrd时，气团分开原来时，气团分开原来位置上升到某一高度时，由于位置上升到某一高度时，由于r rrdrd，所以气团内降温速率为，所以气团内降温速率为rdrd要比气团外降温速率为要比气团外降温速率为r r幅幅度小，一样起始温度情况下，气度小，一样起始温度情况

12、下，气团内温度会比气团外温度高，所团内温度会比气团外温度高，所以气团有继续挪动分开趋势。以气团有继续挪动分开趋势。rrd不稳定由于上述，可见大气的垂直温度递减率越大，那么大气就越不稳定，r与rd的关系可表示为：rd=0.980.00不稳定 稳定中性 超稳定逆温 普通大气层越稳定，那么越不利于污染物的分散 而逆温那么使大气的温度变化逆转，随着高度升高，温度也升高rh,所以HH3 3、湍流逆温高空逆温、湍流逆温高空逆温低层空气湍流混合而上层空气未混合情况下发生的高低层空气湍流混合而上层空气未混合情况下发生的高空逆温。空逆温。在下部湍流层，气团上升过程中，温度按干绝热递减在下部湍流层，气团上升过程中

13、，温度按干绝热递减率率rdrd变化，上升到一定高度后，其温度低于周围变化，上升到一定高度后，其温度低于周围环境温度这样它才不继续上升，而有前往趋势，构环境温度这样它才不继续上升，而有前往趋势，构成湍流，这样下部湍流层的温度会低于上部未湍流成湍流，这样下部湍流层的温度会低于上部未湍流层低部的温度，从而构成高空湍流逆温。层低部的温度，从而构成高空湍流逆温。海洋和大陆在白天和夜间的热力差别，导致的白天和夜间海洋和陆地之间的海洋和大陆在白天和夜间的热力差别，导致的白天和夜间海洋和陆地之间的风向转换。风向转换。白天：海风，夜晚：陆风白天：海风，夜晚：陆风对污染分散的影响：对污染分散的影响： 白天海风吹向

14、陆地，海风处于下层，温度较低，易于构成逆温。白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于构成逆温。 夜间陆风吹向海洋，陆风处于下层，温度和海洋差别不大，不易构成逆温夜间陆风吹向海洋，陆风处于下层，温度和海洋差别不大，不易构成逆温易呵斥污染物往返，海陆风转换期间，原随陆风吹向海洋的污染物又会被吹易呵斥污染物往返，海陆风转换期间，原随陆风吹向海洋的污染物又会被吹会陆地。循环作用，假设污染源处于海路风交界处，并处于局地环流，那么污会陆地。循环作用，假设污染源处于海路风交界处，并处于局地环流，那么污染物很难分散出去，并不断累积到达很高的浓度。染物很难分散出去，并不断累积到达很高的浓度。1 1、海陆风

15、、海陆风 2 2、城郊风、城郊风主要动力是城市热岛效应呵斥的主要动力是城市热岛效应呵斥的城市空气从上层流向郊区，郊区温城市空气从上层流向郊区，郊区温度较低的空气从下部流向城市，构度较低的空气从下部流向城市，构成城市和郊区间的大气局地环流。成城市和郊区间的大气局地环流。使得污染物在城区很难分散出去，使得污染物在城区很难分散出去，构成城市烟幕，导致市区大气污染构成城市烟幕，导致市区大气污染加剧。加剧。郊区城市郊区3 3、山谷风、山谷风白天：山坡升温快，山坡气流快速上升，空气由谷底白天：山坡升温快，山坡气流快速上升，空气由谷底补充山坡补充山坡谷风谷风夜间：山坡降温快，山坡冷空气流向谷底夜间：山坡降温

16、快，山坡冷空气流向谷底山风山风处于山谷地域的污染源很难分散，早期一些大气污染处于山谷地域的污染源很难分散，早期一些大气污染事件都发生在山区，马斯河谷烟雾事件。如今人们认事件都发生在山区，马斯河谷烟雾事件。如今人们认识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不再是建造工识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不再是建造工业企业的胜地。业企业的胜地。1 1、何谓大气的温度层结？简述大气垂直分层中各层次的主要特征？、何谓大气的温度层结？简述大气垂直分层中各层次的主要特征？2 2、何谓逆温？逆温的几种主要类型及其成因？逆温对污染物分散有、何谓逆温？逆温的几种主要类型及其成因？逆温对污染物分散有什么影响？什么影响？3 3、何谓大气垂直递减率和干绝热垂直递减率？如何用它