环境化学课件：第2章 大气环境化学

1、ATMOSPHERICCHEMISTRYClimate ChangeRegional Air PollutionAcid DepositionStratospheric OzoneIMPORTANCE OF ATMOSPHERIC CHEMISTRY空气的主要成分空气的主要成分78.0920.940.930.0350.0199.9(mole fraction) Typical units Number concentration: molecules cm-3 Mixing ratio: ppm, ppb, ppt Molecular weight of air Ma = 28.96 g mo

2、le-1 Trace chemistry Reactants are present in trace amounts化学反应化学反应生物活动生物活动水的活动水的活动放射性衰变放射性衰变工业活动工业活动输入速度输入速度组分的停留时间组分的停留时间在大气中的储量在大气中的储量输出速度输出速度转化为转化为其它物质其它物质产生产生消耗消耗大气大气循环循环ATMOSPHERIC TRANSPORT TIME SCALESSource: Introduction to Atmospheric Chemistry, Jacob, D. J., 1999ATMOSPHERE STRUCTURE & BULK

3、 COMPOSITION Pressure units 1 atm = 1.013 x 106 g cm-1 s-2 1 mbar = 103 g cm-1 s-2 1 hPa = 103 g cm-1 s-2 Ideal gas law p V = Rg T p = ( Rg T)/MaSource: Environmental Science, Cunningham, P. W. and B. W. Saigo, 2001dzdT顶顶同温层同温层过渡层过渡层大气密度大气密度辐射逆温的形成过程及消失辐射逆温的形成过程及消失l辐射逆温也称为接地逆温，典型案例就是伦敦烟雾。辐射逆温也称为接地逆温

4、，典型案例就是伦敦烟雾。l 温层，即平流层（stratosphere），亦称同温层 ltemperature inversion layer l1由于太阳短波辐射从地面反射到空气的加热是越接近地面越显著的，因此随高度增加，气温亦越来越低。一种和此情况相反的，温度随高度增加，称为逆温现象；受逆温现象影响的一段垂直厚度大气则称之为逆温层。l2逆温层的出现主要是空气下沉，绝热增温所引起。因此，受高压脊(如副热带高压脊、大陆性反气旋南下)或热带气旋外围下沉气流区支配下，都有机会出现逆温层。逆温层通常出现於对流层低层，厚度较薄，大约几百至千馀公里左右。 l3受逆温层影响的地区，大气都趋於稳定，对流不易发

5、生；因此，随寒潮所带来的逆温外，一般逆温现象都会引致地面风力微弱；空气中的悬浮粒子因而聚积而使空气的质素变得恶劣逆温的成因逆温的成因l1：辐射逆温：辐射逆温因地面强烈辐射而形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无风或微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象。辐射逆温一般日出后，逆温就逐渐消失了。l2：平流逆温：平流逆温由于暖空气流到冷的地面上而形成的逆温称为平流逆温。当暖空气流到冷的地面上时，暖空气与冷地面之间不断进行热量交换。暖空气下层受冷地面影响最大，气温降低最强烈，上层降温缓慢，从而形成逆温。平流逆温的强度，主要决定于

6、暖空气与冷地面之间的温差。温差愈大，逆温愈强。 l3：湍流逆温：湍流逆温l因低层空气的湍流混合作用而形成的逆温称为湍流逆温。当气层的气温直减率小于干绝热直减率时，经湍流混合后，气层的温度分布逐渐接近干绝热直减率。因湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度。空气上升到混合层顶部时，它的温度比周围的气温低，混合的结果，使上层气温降低；空气下沉时，情况相反，致使下层气温升高。这样就在湍流减弱层，出现逆温。l 4：下沉逆温：下沉逆温l 因整层空气下沉而形成的逆温称为下沉逆温。当某气层产生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及由于气层向水平方向扩散，使气层厚度减小。若气层下沉过程是绝热过程，且气层内各部分空气的相

7、对位置不变。这时空气层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大，致使其顶部绝热增温的幅度大于底部（图中HH）。因此，当气层下沉到某一高度时，气层顶部的气温高于底部，而形成逆温。下沉逆温多出现在高压控制的地区，其范围广，逆温层厚度大，逆温持续时间长。 l5：锋面逆温：锋面逆温锋面是冷暖气团之间狭窄的过渡带，暖气团位于锋面之上，冷气团在下。在冷暖气团之间的过渡带上，便形成逆温。 在自然界，逆温的形成常常是几种原因共同作用的结果。无论逆温是怎样形成的，只要逆温出现，对天气均有一定影响。逆温层能阻碍空气的垂直运动；大量烟尘、水汽等聚集在逆温层下面，使能见度变坏，也易造成大气污染。l 6：地形逆温：地形逆温l多

8、发生在山谷或盆地。夜晚山坡上降温快，冷空气沿斜坡流入低谷和盆地，使原来的较暖的空气受挤抬升，出现的温度倒置现象。 逆温的危害和防护逆温的危害和防护l在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，就象一个锅盖一样，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动，由于这种原因，近地层空气中的水汽、烟尘以及各种有害气体，上天无路，入地无门，只有飘浮在逆温层下面的空气层中，有利于云雾的形成，而降低了能见度，给交通运输带来麻烦，更严重的是，使空气中的污染物不能及时扩散开去，加重大气污染，给人们的生命财产带来危害。近代世界上所发生的重大公害事件中，就有一半以上与逆温层的影响有关。l逆温层对人们的健康造成很大危害。为了尽量避免它的不利影响，