第二章大气环境

第二章大气环境1主要内容大气的结构和组成大气污染和污染物大气污染和空气污染问题大气污染和空气污染的危害2观看视频《山西-断臂治污》，回答以下问题：1、大气污染严重吗?何以见得？来自于哪里？2、山西污染为何如此严重？3、如何治理（采用了什么方法）？

我国十大空气污染城市名单3第一节大气的组成和结构《山西-断臂治污》一问：山西大气污染严重吗？何以见得？4观看视频《大气的垂直分层》，回答以下问题：1、分为哪几层？2、每一层有什么特点？温度、成分、大气现象、作用等等有何不同？

一、大气的结构Thestructureoftheatmosphere5对流层是大气圈的最低的一层，厚度随纬度和季节而变化，平均为12km。整个大气圈的质量约有80％~95％集中这一层。主要特征：（1）温度随高度增加而递减，平均每上升100m降温0.65℃；6（2）大气对流运动强烈，云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层。（3）受地面状况和人为活动影响最为显著，大气的温度、湿度等气象要素水平分布差异大，从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象，是污染物的排放处、迁移转化处。7平流层：从对流层顶12km到50km左右。主要特征：（1）温度随高度升高而升高（上热下冷）；（2）大气多为平流运动，空气垂直对流运动很小，整个大气层比较平稳，只随地球自转而产生平流运动，污染物进入平流层后可遍布全球；（3）主要的臭氧带在平流层内。8中间层：自50km到85km处。主要特征：（1）中间层的温度随高度迅速降低，下热上冷；（2）空气的对流运动强烈。9暖层（电离层）：从85km至800km处。主要特征：（1）温度随高度迅速升高；（2）大气处于高度电离状态，具有反射无线电波的能力。据探测，在120公里高空，声波已难以传播。（3）空气密度很小，在700公里厚的气层中，只含有大气总重量的0.5％10散逸层：高度800km以上的大气层。主要特征：（1）空气极其稀薄，气温很高；（2）随高度增加而继续升高；（3）地球引力作用很小，空气质点经常散逸至星际空间。11电离层保护生物免受过强射线和紫外线的伤害1213氧氮氩0.93%二氧化碳0.03%水蒸气0.0-4.0%氦甲烷氪氙氢臭氧氖二、大气的组成14纯洁清净的空气=恒定组分+可变组分不定组分来源于自然活动和人为活动恒定组分可变不定组分15第二节大气污染和污染物16一、大气污染的发生1、定义

指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含量达到有害的程度(一般指有害物质，如SO2、NOX、HC、O3、飘尘等超过国家质量标准)，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。17《山西-断臂治污》一问：山西大气污染严重吗？何以见得？污染物：

H2S、苯并芘、烟尘、焦油对人们生产生活产生干扰了吗？刺鼻气味、没见过星星白云、中毒死亡18生物吸收稀释扩散物理沉降化学反应污染物危害2、发生大气是一个动态体系：排放、循环、去除当输出小于输入时，积累、浓度升高，达到一定水平，对人体及生态系统造成危害1920《山西-断臂治污》二问：山西大气污染如此严重，污染物主要来自哪里？山西为何污染如此严重？21二、大气污染的来源221783年冰岛境内的拉基(Laki)火山喷发释放的二氧化硫超过一亿二千万吨，相当于欧洲每年工业排放量的十倍。大不列颠群岛很多人被活活毒死，欧洲西部农业减产，饥荒蔓延。23森林火灾产生的烟雾成分除CO2和水蒸汽外，还含有CO、CH、SOx、NOx以及微粒物质等24贫瘠的土壤使沙尘暴愈演愈烈,而沙尘暴又使土壤愈贫瘠2526来源能源燃烧过程排放大量废气和粉尘副产品跑、冒、漏、滴工业企业污染源27特点：污染物排放量大而集中污染物种类繁多而复杂工业企业污染源28主要成分：

固体悬浮颗粒、CO、CO2、CH、NOx、Pb等特点：小型、分散、流动交通运输污染源292010年《第一个全国污染源普查公报》，机动车尾气排放物中，氮氧化物549.65万吨、总颗粒物59.06万吨、一氧化碳3947.46万吨、碳氢化合物478.62万吨。2009年我国汽车产销量双双超过1300万辆，首次超越美国，成为全球第一大新车市场。2010年，我国汽车保有量已超过了8500万辆。对于大中型城市，由过去的煤烟型污染转成以机动车污染为主，首要污染物是可吸入颗粒物和臭氧。30主要成分：挥发性农药

CH4、NOx农业污染源31特点：

排放量大、分布广、排放高度低生活污染源大兴安岭-山里人家32其它分类方法固定污染源污染源流动污染源点污染源面污染源按性状特点按空间分布P186位置固定位置可以移动，在移动过程中排放废气时空上无法定点监测的，以面状形式排放集中由排放口排放33三、大气污染物（一）大气污染物的分类污染物气态污染物一次污染物无机污染物按存在形态分颗粒污染物按与污染源的关系分二次污染物按化学组成成分分有机污染物34（二）主要大气污染物及其危害1、颗粒污染物（1）分类从大气污染控制的角度，按照气溶胶颗粒的来源和物理性质分尘粒>75um，易沉降；粉尘10um<降尘<75um；飘尘<10um(危害最大)烟粒

<1um的固体颗粒；雾尘

悬浮于大气中的小液体微粒的总称，粒径<100um35（二）主要大气污染物及其危害1、颗粒污染物（1）分类从环境健康的角度分总悬浮颗粒物TSP（Totalsuspendedparticulate）可吸入颗粒物IP（inhalebleparticles）PM10可入肺颗粒物PM2.5TSP指直径≤100μm的颗粒物，包括液体、固体和固体结合存在的，并悬浮在空气介质中的颗粒。是大气质量评价中一个通用的重要污染指标其中>10um的几乎都被鼻腔和咽喉捕集，很难进入肺泡36（二）主要大气污染物及其危害1、颗粒污染物（1）分类从环境健康的角度分总悬浮颗粒物TSP（Totalsuspendedparticulate）可吸入颗粒物IP（inhalebleparticles）PM10可入肺颗粒物PM2.5IP指直径≤10μm的颗粒物，能长期漂浮在空气中（也称飘尘），并能进入人体呼吸道空气质量监测的重要指标颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。37（二）主要大气污染物及其危害1、颗粒污染物（1）分类从环境健康的角度分总悬浮颗粒物TSP（Totalsuspendedparticulate）可吸入颗粒物IP（inhalebleparticles）PM10可入肺颗粒物PM2.5指直径≤2.5μm的颗粒物，直径不到人的头发丝粗细的1/20。富含大量的有毒、有害物质在大气中的停留时间长、输送距离远（灰霾天气的罪魁祸首）2012年开始将其纳入空气质量标准，二级标准24小时平均75ug/m338中国社会科学院、中国气象局联合发布《气候变化绿皮书：应对气候变化报告》，报告称，雾霾天气会提高死亡率、使慢性病加剧、使呼吸系统及心脏系统疾病恶化，影响生殖能力、改变免疫结构等。视频《PM2.5》你了解吗？39（二）主要大气污染物及其危害1、颗粒污染物（2）危害大量的IP进入肺部对局部组织有堵塞作用，使局部支气管的通气功能下降，或使细支气管和肺泡的换气功能丧失。长期潴留引起肺纤维病变，发生尘肺病，如（煤肺、石棉肺等）容易吸附多环芳烃、重金属及微量元素等有毒有害物质，肺癌发病率增加，引发心血管、免疫系统疾病40（二）主要大气污染物及其危害2、硫氧化合物SO2

、SO3和H2S（1）来源主要来源于矿物燃料，特别是燃煤SO2干沉降：大气中酸性物质被植被吸附或重力沉降到地面;湿沉降：下雨时，高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面。41（2）危害腐蚀钢铁、损坏塑像和艺术品损害植物叶片，影响生长并降低其产量；水体、土壤酸化刺激人的呼吸系统，造成支气管炎、哮喘病、肺气肿，甚至致人于死亡（世界著名八大公害事件中有3件是由SO2引起的）；促癌作用42（二）主要大气污染物及其危害3、氮氧化物NO、NO2（1）来源主要来源于矿物燃料，还有硝酸厂、氮肥厂等氮氧化物43（2）危害毁坏织物，破坏染料，腐蚀青铜损害植物刺激呼吸道，引起急性哮喘病；NO与血红蛋白结合，使血液输送氧的能力降低；NO2与碳氢化合物反应生成光化学烟雾；44NO2（10-6）对人体健康的影响1闻到臭味5闻到强臭味10—15

10min眼、鼻受到刺激50

1min内人呼吸困难80

3min感到胸痛、恶心100—150在30—60min内死亡250很快死亡NO2对人体健康的影响45（二）主要大气污染物及其危害4、碳氧化合物：CO、CO2（1）来源含碳燃料的燃烧（2）危害CO剧毒，使人供氧不足，严重时窒息、死亡。CO2是温室气体，产生温室效应。46CO对人体健康的影响CO（10-6）对人体健康的影响5－10对呼吸道患者有影响30人滞留8h，视力及神经机能出现障碍40人滞留8h，出现气喘1201h接触，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接触，头疼，血液中CO—Hb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱3000

30min即死亡血红蛋白(hemoglobin,hb)

47（二）主要大气污染物及其危害5、碳氢化合物是指C1-C8可挥发性的所有碳氢化合（包括烷烃、烯烃、炔烃、脂肪烃、芳香烃、酮、醇、醛、酯）（1）来源由生物的分解作用产生碳氢化合物的不完全的燃烧和有机化合物的蒸发（2）危害温室效应光化学烟雾48一次污染物：是指直接从污染源排放的污染物质。反应物：不稳定，与其他物质发生化学反应，或起催化剂的作用促进其他物质反应非反应物：不反应或反应缓慢二次污染物：指由一次污染物在大气中相互作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。49洛杉矶光化学烟雾1943年5月-10月，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清；这种烟雾使人眼睛发红（75%市民红眼病），咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛，并导致400多人死亡；同时，大量松林枯死、柑桔减产，损失15亿美元！Photochemicalsmog50前驱体：HC、NOx（汽车排气）气象条件：高温、低湿、强阳光（紫外线）、逆温产物：过氧化物、O3、醛类、有机硝酸酯、HNO3、PAN、光化学气溶胶（SO42-）51**光化学烟雾：大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。52哪些是一次污染物？哪些是二次污染物？其变化有何规律？图一天内洛杉矶烟雾各成分浓度的变化情况HC和NOx在早上交通高峰时期达到峰值；随着太阳光增强，开始进行光化学反应，经4-5h阳光照射后O3和醛类等达到峰值53伦敦烟雾1952年12月5日，伦敦大雾弥漫，大批航班取消白天汽车在公路上行驶都必须打开着大灯参展的牛只首先对烟雾产生了反应伦敦市民也对毒雾产生了反应，许多人感到呼吸困难、眼睛刺痛，发生哮喘、咳嗽等呼吸道症状的病人明显增多，进而死亡率陡增该事件持续4天，造成多达12000人因为空气污染而丧生。541952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性55前驱体：粉尘、SO2（燃煤，工厂、家庭取暖）气象条件：逆温产物：硫酸雾SO2Fe2O3化学氧化SO3H2OH2SO4H2O(H2SO4)m(H2O)①粉尘中含有Fe2O3成分，催化促使SO2氧化成SO3（既是催化剂又是凝结核）；②SO3遇大雾中的水滴变成硫酸③硫酸液沫或附着在烟尘上或凝聚在雾点上进入人的呼吸系统SO2在干燥空气中，其含量达800ppm时，人还可以忍受。但在形成硫酸气溶胶后，其含量仅0.8ppm人即不可忍受。56特点煤烟型污染（还原型）光化学烟雾（氧化型）典型污染地点气象条件逆温类型一次污染物化学作用二次污染物污染峰值时间London-1～4℃湿度>85%24～32℃，阳光湿度<70%辐射SO2、颗粒物H2SO4、颗粒物，SO42-清晨下沉NOx、HCO3、PAN、HNO3、NO3-

、SO42-、颗粒物中午-傍晚LosAngels催化氧化光化学氧化57硫酸、硫酸铵、硝酸、硝酸盐等58三大酸雨区：１、以重庆、贵阳和柳州为代表的川贵酸雨区2、以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区4、以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区59（三）空气污染指数为何人们觉得天空很阴霾，空气能见度不高时，天气预报中关于空气质量的等级依然是“良好”？为何一位北京女子公布的《北京蓝天视觉日记》里，北京有180天的天空呈现蓝色，而官方公布的“蓝天”数量却是285个？为何“蓝天不蓝”？60空气质量评价—GB3095-1996中华人民共和国国家标准——环境空气质量标准环境空气质量功能区分类城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区二类区特定工业区三类区自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区一类区环境空气质量标准分级

执行一级标准执行二级标准执行三级标准61污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准二氧化硫年平均

日平均

1小时平均0.02

0.05

0.150.06

0.15

0.500.10

0.25

0.70毫克/立方米

(标准状态)总悬浮颗粒物年平均

日平均0.08

0.120.20

0.300.30

0.50

可吸入颗粒物年平均

日平均0.04

0.050.10

0.150.15

0.25

氮氧化物年平均

日平均

1小时平均0.05

0.10

0.150.05

0.10

0.150.10

0.15

0.30

二氧化氮年平均

日平均

1小时平均0.04

0.08

0.120.04

0.08

0.120.080.12

0.24

一氧化碳日平均

1小时平均4.00

10.004.00

10.006.00

20.00

臭氧1小时平均0.120.160.20

铅季平均

年平均

1.50

1.00

微克/立方米

(标准状态)苯并[a]芘日平均

0.01

氟化物日平均

1小时平均

7①

20①

月平均

植物生长季平均1.8②

1.2②3.0③

2.0③

微克/(平方分米.日)环境空气浓度限值

GB3095-1996

无PM2.5①城市地区②牧业区③农业和林业区62空气污染指数分级浓度限值计算公式：当第k种污染物浓度为时，其分指数为API=max（APIi）空气质量评价体系API无PM2.563空气质量评价体系API

2000年4月27日发布来源：北京市环境保护局主页（）64主要来自道路扬尘直径大，容易沉降沉积在上呼吸道气象条件不好，大量输入才可能至“轻微污染”PM10主要来自化石燃料燃烧、挥发性有机物，毒性大，病毒细菌载体直径小，不易沉降，很多地方占悬浮物总量的大半以上深入支气管、肺泡对光的散射作用强，易至灰霾PM2.5在中国空气质量监测中，PM2.5在空气中密度无论有多大，空气优良状况仍有可能达到良好的标准。65PM2.5密度最高，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。(2010年卫星监测))世界卫生组织2005年的《空气质量准则》中，PM2.5年均值为10微克/立方米，日均值为25微克/立方米。<10微克/立方米是安全的。66山西临汾曾因为空气污染被美媒评为世界9大污染最严重地区之首。环保组织称，由于临汾市空气污浊，在当地生活一天吸入的有毒气体，相当于抽了3包烟。美国驻华大使馆曾监测到PM2.5浓度540μg/m3和557μg/m3的结果（PM2.5监测极限值一般只是500，此时呆在户外已经相当危险）。而北京市环境保护局公布的空气质量等级为“良好”67空气中PM2.5每增加10微克/立方米，心肺疾病死亡率增加6%，肺癌死亡率增加8%。68目前国际上主要发达国家以及亚洲的日本、泰国、印度等均将PM2.5列入空气质量标准。美国，2006年将PM2.5的24小时标准由65μg/m3升为35μg/m3；PM2.5的年标准仍为原来的15μg/m3。69GB3095-201270GB3095-2012世界卫生组织2005年的《空气质量准则》中，PM2.5年均值为10微克/立方米，日均值为25微克/立方米。71空气质量评价体系AQI727374温州是我国首批74个AQI(空气质量指数)监测重点城市之一。目前已在市区黎明西路、南浦、状元、将军桥等4个站点对PM2.5指数进行监测，将定于11月份将AQI空气质量指数同步体现在天气预报中……75/City/wenzhou.html7677北京发布大雾黄色预警今日将持续重污染/a/20131006/000745.htm?pgv_ref=aio2012&ptlang=2052

组图：200米高空俯瞰北京重污染城市景观模糊一片/a/20131005/004518.htm?pgv_ref=aio2012&ptlang=2052#p=178四、我国大气污染的现状我国大气污染主要呈现为煤烟型污染特征城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势；79四、我国大气污染的现状当前我国大气污染严重，大气污染物排放总量居高不下，是世界上大气污染物排放量最大的国家之一。仅38.6%的城市空气质量达到二级标准；五分之一城市居民，生活于空气污染严重的环境中；二氧化硫排放量居世界第一，酸雨面积占了三分之一。2006年世界卫生组织公布：世界污染最重的20个城市，中国占了16席。80四、我国大气污染的现状对于大中型城市，由过去的煤烟型污染转成以机动车污染为主，首要污染物是可吸入颗粒物和臭氧。2009年我国汽车产销量双双超过1300万辆，首次超越美国，成为全球第一大新车市场。2010年，我国汽车保有量已超过了8500万辆。2010年《第一个全国污染源普查公报》，机动车尾气排放物中，氮氧化物549.65万吨、总颗粒物59.06万吨、一氧化碳3947.46万吨、碳氢化合物478.62万吨。81大气污染影响大气能见度。五、大气污染的危害82《人民网》钟南山：空气污染对人体危害堪比SARS

——北京地区人群的肺癌患病率在过去的10年攀升了60%，男性肺癌死亡率增长迅速，占恶性肿瘤死亡率的33%。气态和液态气溶胶——呼吸道吸收，肺泡、毛细血管进入血液（洛杉矶烟雾事件等）固态气溶胶和粉尘污染物质——沉积在气管、支气管及肺泡表面，使人患尘肺病(煤肺、矽肺、石棉肺)。对人体的损害83大气污染对我国农业、林业造成严重的危害，导致农业减产、林木衰败。84酸雨加速了许多建筑物、桥梁、水坝、工业装备、通讯电缆等的腐蚀。严重损害了古迹，如我国故宫的汉白玉雕刻、雅典巴特农神殿和罗马的图拉真凯旋柱，都正在受到酸性沉积物的侵蚀。另外，杭州大佛等石像均被酸雨腐蚀。85大气污染对全球大气环境的影响目前已明显表现在三个方面：臭氧层破坏、酸雨及全球变暖。这些问题如不及时控制，将对整个地球造成灾难性的危害。86第三节大气污染物的扩散和输送某地区大气污染程度污染物的源参数气象条件下垫面状况87气象因素风向、风速、大气的稳定度、降水情况和雾天，是影响大气污染的重要气象因素。一、气象条件的影响实践证明，世界上一些著名大气污染事件都是在特定气象条件下发生的。例如：多诺拉烟雾事件——持续雾天、气候潮湿寒冷，天空阴云密布，一丝风都没有，空气失去了上下的垂直移动，出现逆温现象。88（一）气象动力因子的影响对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性的作用。风湍流89风——空气水平方向的流动。风向决定污染物迁移运动方向；

16个方位圆周等分，用风玫瑰图表示，频率最大的为常年主导风向。90风速

决定污染物的扩散稀释状况，通常污染物在大气中的浓度与平均风速成反比。风——空气水平方向的流动。风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（一定时间如2或10min的平均值）

(km/h)F－风力级（0～12级）91思考此城市哪个方向不宜选作工业区？92湍流——空气质点呈无规则的或随机变化的运动状态。它的存在使污染物的垂直和水平交换作用明显增强点燃的香烟，在开始冒出平稳的烟气之后，往往出现卷曲成团团的涡旋931、大气温度层结——指大气温度的垂直分布情况；决定着大气的稳定度，从而影响污染空气被稀释冲淡的作用。

两个重要指标：（二）气象热力因子的影响rd——干绝热递减率（干空气团在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）100m，温度降低（或升高）的数值，约为0.98℃≈1℃/100m）。外力对它压缩做功，温度升高反抗外接的压力而膨胀做功，温度降低94r——环境气温垂直递减率超绝热降温率r>1℃/100m18.7有利于污染物扩散r——环境气温垂直递减率次绝热降温率r<1℃/100m19.2空气稳定，污染物积累95r——环境气温垂直“递减”率气温随高度增大而升高，即“逆温层”。21具有逆温层的大气层是强稳定的大气层。某一高度上的逆温层象一个盖子一样阻挡着它下面污染物的扩散。因而可能产生严重的污染！96辐射逆温

由于地面强烈辐射冷却而形成逆温。在晴朗无云或少云，风速不大的夜间，地面辐射冷却，空气也自下而上被冷却。近地面的气层降温多，远地面的气层降温少，因而形成自地面开始的逆温。（伦敦烟雾的形成）逆温的种类及其发生机制97下沉逆温由于空气下沉压缩增温而形成的逆温。气层顶部比底部下沉的距离大（H>H’)，因而顶部绝热增温比底部多而形成逆温。下沉逆温，范围广、厚度大，持续时间长，在离地数百米至数千米的高空都有可能出现。逆温的种类及其发生机制98哈德里环流山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来的较暖