环境化学稻谷书苑

1、1教育教学第一节、污染物在大气中的迁移第一节、污染物在大气中的迁移2教育教学第一节、污染物在大气中的迁移第一节、污染物在大气中的迁移3教育教学4教育教学5教育教学6教育教学7教育教学1 1、对流层、对流层: : 平均厚度12km,赤道19km，两极8-9km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。特点特点: :（1）气温随高度升高而降低，空气垂直对流强烈。 （2）空气密度大。 （3）天气复杂多变。 （4）对流层下部湍流。 （5）污染物的迁移转化主要发生在这一层。二、大气垂直分层二、大气垂直分层: :1962,wmo, 对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。8教育教学9教育教学特点：特点： （1）

2、空气基本无对流，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，很少有天气现象，透明度极高。 （3） 在15-35km的范围内（平流层上层），厚度约20km的臭氧层。2 2、平流层、平流层: : 对流层顶到约50km的地方10教育教学11教育教学3 3、中间层、中间层 从平流层顶到约85km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） 温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低 （-100-100）（4 4） 中间层中上部，气体分子（中间层中上部，气体分子（o o2 2、n n2 2）开始电离。）开始电离。

3、4 4、热（成）层、热（成）层 从80km到约800km的地方(1)(1)温度随高度增加迅速增高；温度随高度增加迅速增高；(2)(2)大气更为稀薄大气更为稀薄; ;(3)(3)大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波离层，可以反射无线电波12教育教学13教育教学5 5、逸散层、逸散层 （1） 800km以上高空 （2） 空气稀薄，密度几乎与太空相同 （3） 空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去14教育教学15教育教学干过程：干过程：固定质量的气块所经历的不发生水相固定质量的气块所经历的不发生水相

4、变化的过程变化的过程1 1、气团运动的绝热过程气团运动的绝热过程 空气移动空气移动, ,高压区高压区低压，膨胀降温，压缩升温。低压，膨胀降温，压缩升温。 当气团在水平方向运动当气团在水平方向运动, , 非绝热过程。非绝热过程。 当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程。当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程。16教育教学高温暖气团倾向于从地表移动到低压的高处，气团绝热膨胀并降温。若没有水汽凝结，冷却速率为0.98/100m，称为温度的干绝热递减率干绝热递减率（r rd d）。）。然而，一般气团中都含有水蒸气，冷凝放潜热，得 到温 度 的 垂 直 递 减 率温 度 的 垂 直 递 减 率 （ r

5、r ）, 冷 却 速 率 为0.65/100m。当污染源排放的污染刚进入大气环境的时候，可视为一个绝热过程。膨胀降温20压缩升温21温度垂直递减率，干绝热递减率温度垂直递减率，干绝热递减率17教育教学r rd dr rd d18教育教学2 2、气团运动的绝热方程、气团运动的绝热方程根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：dq=du+dw(qdq=du+dw(q外界加于体系的热量，外界加于体系的热量，u u体系内能变体系内能变化，化，w w体系对外做功体系对外做功) )绝热过程中：绝热过程中： 外界加于体系的热量外界加于体系的热量dq=0dq=0 体系对外做功体系对外做功dw=pdv(dw=pd

6、v(体系膨胀或压缩体系膨胀或压缩) ) 体系内能变化体系内能变化du=ncdu=ncv vdt(dt(体积不变情况下，内能变体积不变情况下，内能变化，定容比热化，定容比热c cv v) )19教育教学所以：所以：pdv=- ncpdv=- ncv vdt dt （4 4） 又由于又由于pv=nrt,pv=nrt,取全微分得到：取全微分得到：pdv+vdp=nrdt pdv+vdp=nrdt （5 5） 由（由（4 4）和（）和（5 5）可得：）可得：nrdtnrdtvdp= pdv=- ncvdp= pdv=- ncv vdtdt即： = = = 根据迈耶定律：r+cv=cp(定压比热，压力不

7、变情况下，体系 内能变化，jmol-1k-1) 所以：ncvdtdppnrtnrdtdppnrtncvdtnrdtdpprtcvdtrdtpdprtdtcvr)(pdprtdtcp20教育教学= = = = =对于空气对于空气r=287 jmolr=287 jmol-1-1k k-1-1 cp=996.5 jmol cp=996.5 jmol-1-1k k-1-1所以：所以：3 3、干绝热递减率、干绝热递减率气团干绝热气团干绝热升高或降低升高或降低单位距离时，温度单位距离时，温度降低或升高降低或升高的数值，称为干的数值，称为干绝热递减率绝热递减率: :推导过程：推导过程： r rd d=-=-

8、因为：因为： （干绝热方程）（干绝热方程）2121pppttpdpcrtdt1212lnlnppcrttppcrpptt1212286. 01212ppttddzdtpdpcrtdtp21教育教学所以所以r rd d=- =- =又因为又因为所以：所以：r rd d= = =又由于又由于p=rtp=rt故故r rd d= = =0.98k/100m= = =0.98k/100m （1n=1kg m s1n=1kg m s-2-2,1j=1n m,1j=1n m）dpdpdzdppcrtdzpdpcrt11gdzdpdpgpcrt1dpcgprtpcg11221121125 .9968 . 95

9、 .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22教育教学大气稳定度：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：气团离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）注意其中rd基本为不变常数0.98k/100m，r则可能变化很大。23教育教学解释解释： 当当rrrrd d时，时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于rrd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅

10、度大，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度低，所以气团有回归趋势。 当当r rr rd d时，时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于rrd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅度小，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度高，所以气团有继续移动离开趋势。rrd不稳定24教育教学由于上述，可见大气的垂直温度递减率越大，则大气就越不稳定，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） 一般大气层越稳定，则越不利于污染物的扩散 而逆温则使大气的温度变化逆转，随着高度升高，温度也升高（rh,所以hh28教育教学3 3、湍流逆温、湍流逆温

11、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。 在下部湍流层，气团上升过程中，温度按干绝热递减率（rd）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，而有返回趋势，形成湍流），这样下部湍流层的温度会低于上部未湍流层低部的温度，从而形成高空湍流逆温。29教育教学 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面30教育教学海洋和大陆在白天和夜间的热力差异，

12、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异，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：陆风对污染扩散的影响：对污染扩散的影响： 白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于形成逆温。白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于形成逆温。 夜间陆风吹向海洋，陆风处于下层，温度和海洋差别不大，不易形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，不易形成逆温易造成污染物往返，海陆风转换期间，原随陆风吹向海洋的污染物又会被吹易造成污染物往返，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，如果污染

13、源处于海路风交界处，并处于局地环流，则污染会陆地。循环作用，如果污染源处于海路风交界处，并处于局地环流，则污染物很难扩散出去，并不断累积达到很高的浓度。物很难扩散出去，并不断累积达到很高的浓度。1 1、海陆风、海陆风 31教育教学2 2、城郊风、城郊风主要动力是城市热岛效应造成的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，形成城市和郊区间的大气局地环流。使得污染物在城区很难扩散出去，形成城市烟幕，导致市区大气污染加剧。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，空气由谷底补充山坡白天：山坡升温快，山坡气流快速上升，空气由谷底补充山坡谷风谷风夜间：山坡降温

14、快，山坡冷空气流向谷底夜间：山坡降温快，山坡冷空气流向谷底山风山风处于山谷地区的污染源很难扩散，早期一些大气污染事件都发生在山区，处于山谷地区的污染源很难扩散，早期一些大气污染事件都发生在山区，马斯河谷烟雾事件。如今人们认识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不马斯河谷烟雾事件。如今人们认识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不再是建造工业企业的胜地。再是建造工业企业的胜地。32教育教学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？逆温对污染物扩散有、何谓逆温？逆温的几种主要类型及其成因？逆温对污染物扩散有什么影响？什么影响？3 3、何谓大气垂直递减率和干绝热垂直递减率？如何用它们的相互关、何谓大气垂直递减率和干绝热垂直递减率？如何用它们的相互关系判断大气稳定度