环境化学__第二版_课件_2第二章1节

1、第二章：大气环境化学概述：大气污染的影响可以分为两个方面：第一，对大气性质的影响降低能见度：高浓度气体分子和颗粒物对光的吸收和散射。形成雾以及降水：城市雾和降水形成概率高于农村。减少太阳辐射：颗粒物本身以及颗粒物形成的凝结核对太阳辐射的阻碍。改变温度和风的分布，气候变化：污染改变大气组成，使其吸光特性变化（阳伞效应和温室效应）。.1第二章：大气环境化学第二，污染对于健康的危害气态污染物的健康危害：光化学烟雾、臭氧层破坏颗粒态污染物的健康危害：沙尘暴、烟尘污染复合型污染危害：硫酸型烟雾、珠三角的灰霾间接型健康风险和危害：对于大气性质的影响间接地形成健康风险，如全球气候变化导致的疾病流行（新型病菌

2、/病毒出现、传染病菌突破传统影响区域）.2主要内容当前三大全球环境问题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内 重点内容:（1）污染物在大气中的迁移气象基础：大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、大气稳定度、大气混合层污染物迁移影响因素：混合层、地形、逆温、山谷风、海陆风等污染物迁移的数学模式：推导与应用（2）污染物在大气中的转化 光化学反应基础 自由基反应和来源 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化（3）几种代表性的大气环境污染问题酸雨，光化学烟雾，温室效应，全球变暖臭氧层破坏.3第一节、污染物在大气中的迁移一、大气垂直分层二、基本气象要素三、气块的绝热过程和干绝热递减率四、大气稳定

3、度五、逆温六、局地环流对污染物扩散的影响七、大气化学组分介绍迁移：污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。原因：空气运动形成风，风的形成主要是由于温度差异引起的。所以大气中温度的差异是空气运动的动力源。.41、对流层(Troposphere) : 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:（1）气温随高度升高而降低。 （2）空气密度大。 （3）天气复杂多变。 （4）对流层下部湍流。一、大气垂直分层:1962,WMO, 对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。.5.6特点： （1） 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

4、、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、平流层(Stratosphere ):对流层顶到约50km的地方.7.83、中间层(Meosphere): 从平流层顶到约85km的高度。（1） 空气更稀薄（2）无水分（3） 温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低 （-100）（4） 中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。 4、热（成）层(Therosphere )从80km到约800km的地方温度随高度增加迅速增高；大气更为稀薄;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.9.105、

5、逸散层(Stratopause ) （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.11二、基本气象要素 气温、气压、湿度、风、云量1、气温 一般气象中采用的气温是指离地面1.5m高度处百叶箱中观测到的空气温度。 大气预测模型中使用的气温一般也是指该温度。 气温在水平方向的差异导致气流水平方向运动的动力，形成风，能够稀释和迁移污染物 气温在垂直方向的差异导致气流的上下强烈对流，有利于形成降水，能够冲刷污染物。.122、气压:初始状态： 地面处高度0： 压强p1=gz高度增加z, 则高度z处： 压强p2=g

6、(z-z) 所以，得到：P2-P1=p=-gz转化为微分形式则： (1)（密度g/m3，空气=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2）。另外，气象学上用比气体常数来表示状态方程，其推导过程为：pv=nRT = (令 )= (2).13其中R=8.314Jmol-1K-1,M气体摩尔质量（空气的摩尔体积为22.4lmol-1，空气密度=1.29gl-1,所以M=22.4*1.29=28.869gmol-1）,所以R=R/M=287 Jkg-1K-1。由（1）和（2）得到： = （3） 可见只要知道温度随高度的分布函数形式，就可以推得气压随高度的变化函数形式。.14 风玫瑰图（m/s）3、风

7、水平方向的空气运动，垂直方向则称为对流或升降气流。 一般用风向、风速来表示风的特征 风向一般用16个方位表示，(E S W N) 风速是单位时间内空气在水平方向移动的距离（m/s） 一般风速是地面以上10m处风速仪观测得到的平均值.154、云 大气中水汽凝结的产物 一般用云量、云高来确定大气稳定度 云高：云层底部距离地面的高度，高云（5000m）中云（2500-5000m）低云（ = = 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：.23= = =对于空气R=287 Jmol-1K-1 Cp=996.5 Jmol-1K-1所以：3、干绝热

8、递减率气团干绝热升高或降低单位距离时，温度降低或升高的数值，称为干绝热递减率:推导过程： rd=-因为： （干绝热方程） .24所以rd=- =又因为所以：rd= =又由于p=RT故rd= = =0.98K/100m （1N=1kg m s-2,1J=1N m）干绝热递减率常数的推导.25四、大气稳定度 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。

9、.26解释： 当rrd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rrd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.27五、逆温 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

10、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HH3、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空逆温。由于气团内部的不均一性，某一高空气团在下部形成湍流，而上部没有湍流，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。.30六、局地环流对污染物扩散的影响 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。白天：海风，夜晚：陆风对污染扩散的影响： 白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于形成逆温。 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

11、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。1、海陆风 .312、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、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谷风夜间：山坡降温快，山坡冷空气流向谷底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，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

12、胜地，而不再是建造工业企业的胜地。.32七、大气化学组分介绍化学组分：大气主要由氮、氧和几种惰性气体组成，它们约占大气总量的99.9%以上。除气体外，大气中还悬浮着大量固体和液体颗粒。按照停留时间的长短，大气组分可分为三类：(1) 准永久气体：N2、Ar、Ne、Kr、Xe。(2)可变组分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2。(3) 强可变组分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、碳氢化合物(HC)、颗粒物、H2S。 .33七、大气化学组分介绍.34七、大气化学组分介绍大气中氮循环：固氮细菌、蓝绿藻、雷电作用可将空气中的氮转变成硝酸盐植物从土壤中吸收硝酸盐和铵盐在体内转变成各种氨基酸，然后

13、再合成各种蛋白质。动物借食用植物而获取氮，蛋白质进入食物链。动植物死后，其中的蛋白质被生物分解成铵盐返回土壤，一部分被植物直接吸收；另一部分被细菌逐渐转化为亚硝酸盐和硝酸盐，既可被植物吸收，也可被细菌的脱氮作用转化成N2O，或通过反硝化作用产生N2；而亚硝酸盐也可通过化学去氮作用转化成N2或NO；土壤中的铵盐也可转化成NH3并进入大气。.35八、大气化学的研究特点与光化学密切相关，可以说是大气化学的基础。光辐射是大气化学的起点，并可能决定着化学转化的方向和反应的终止程度；大气化学过程不是简单的均相过程，包括了更复杂的异相反应（三相）；大气化学过程可以说更多是动力学问题，而非热力学平衡问题；微量、痕量物质，采用微量/痕量的分析手段；其化学转化并非仅取决于物质本身活性，还与气象、大气物理条件有很大（甚至是决定性）关系。.36七、思考题-划线作业1、何谓大气的