第二章大气环境

环境学概论山东师范大学人口·资源与环境学院王晓凤

参考书目《环境保护概论》高等教育出版社，林肇信编《环境科学概论》高等教育出版社，杨志峰编《环境学导论》清华大学出版社，何强编《环境学》

高等教育出版社，左玉辉编大气、水、生态等污染方面的书参考书1《环境导论》王淑莹高春娣编.中国建筑工业出版社.2004.北京2《现代环境科学导论》盛连喜主编.化学工业出版社.2003.北京3《环境科学概论》杨志峰等编.高等教育出版社.2004.北京4《环境学概论》（第二版）刘培桐主编.高等教育出版社.2004.北京5《环境学基础》鞠美庭主编.化学工业出版社.2004.北京6《环境学导论》何强等主编.清华大学出版社.1993.北京7《环境生态学》程胜高等主编.化学工业出版社.2002.北京参考网站

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环境控制学环境监测学环境工程学环境医学环境伦理学环境法学环境心理学环境教育学环境管理学环境经济学第二章大气环境教学内容第一节大气概述第二节大气污染和污染物第三节大气环境中污染物的化学转化第四节大气污染物的扩散第五节大气污染控制第六节全球变化我们离不开大气，如同鱼儿离不开水。一、大气的成分1、N2、O2等气体3、冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）2、水滴（如云滴、雾滴）没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气，性质稳定第一节大气概述源于土壤、岩石风化、火山爆发、宇宙尘埃、植物花粉及海水飞沫等。来自海水蒸发，江河、湖泊水蒸发，土壤、植物的蒸腾作用。空间和季节变化。99.9%大气组分恒定组分——氮78.09%、氧20.94%、氩0.93%和微量的氖、氦、氪、氙99%

可变组分——CO20.033%、H2O0-4%，含量随地区、季节、气象以及人们生活和生产活动的影响而变化。

不定组分——自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害所引起。尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、重金属盐类、恶臭气体、有毒有害气体等，是人类社会的生产活动和环境管理不善等人为因素造成。大气组成下面给大家介绍一些与环境问题有关的大气成分二氧化碳：来源：呼吸作用，有机体的燃烧与分解。现状：在大气中的含量有增加的趋势。影响：强烈吸收地面的长波辐射，引起温室效应的加剧。臭氧：来源：高空通过光化作用，低空通过闪电或有机物氧化及高空传输。作用：能大量吸收太阳紫外线，使地面生物免受过量紫外线的灼伤。分布：自然大气中含量很少。随高度分布不均匀，也随纬度和时间而异。水汽：来源：海洋和地面蒸发与植物蒸腾。分布：随时间、地点变化很大。在铅直方向，一般随高度增加而减少。影响：形成云、雾、雨、雪等大气现象。对生物的生长和发育有重要影响。微粒：种类：固体微粒与液体微粒。影响：影响太阳辐射传输，使能见度变低，有的能起凝结核的作用。高度（km）二、大气的分层每升高100m降低0.65℃

N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解低层大气：摩擦层或边界层自由大气层：雨、雪、冰雹多现大气边界层：在对流层下部靠近下垫面的1.2-1.5公里范围内的薄层大气。由于贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层。大气边界层的主要特征：湍流运动、风、温度的垂直分布对流层的特点：（1）气温随高度升高而递减，每升高100m降低0.65℃

（2）地面空气受热膨胀上升，冷空气下降，形成对流（3）密度大，3/4大气总质量集中在此层O3O3==O+O2O+O2==O3+放热紫外线平流层特点（1）无对流，平流（2）空气稀薄、干燥、水汽、尘埃少，透明度好，少云、雪等。中间层特点：（1）强烈的垂直运动（2）气温随高度增加而下降。越往上氧、氦等气体的原子态越多（2）紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解，又叫电离层热成层特点：（1）吸收太阳辐射的紫外光，气体温度随高度升高而升高散逸层特点：（1）发生电离（2）气体及微粒能够被撞出地球重力场进入太空散逸。第二节大气污染大气污染的定义起源于对有害影响的观察，即若大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动植物、材料、大气特性或环境美学产生可以测量的影响，就是大气污染。这种定义方法在很大程度上是基于传统的公害概念，现在又有新的延伸。例如，大量能量（如热能）释放进入大气引起不良影响，人类活动导致大气中某些组分变化产生的危害等也归入了大气污染的范畴。干洁大气成分稳定，但是人为、自然的原因使大气组分发生变化。大气输入输出某种物质浓度升高大气污染的发生？自然源人为源化学、物理、生物反应直接或者间接对人体、生物或材料造成急、慢危害大气污染源：指向大气环境中排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置。一、大气污染源及污染物污染源天然源：自然界自行向大气环境排放污染物的污染源。人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。火山：SO2、H2S、CO2、CO、HF、山灰雷电造成森林大火：CO2、CO、SO2、NO2、HC自然尘：风砂、土壤尘海浪飞沫：颗粒物硫酸盐、亚硫酸盐燃煤汽车空调（一）大气污染源人为源：1、燃料燃烧：煤、石油、天然气等CO、CO2、SO2、NOx、有机化合物、烟尘2、工业生产排放：

石油化工、有色金属冶炼、酸碱盐化、钢铁工业

SO2、H2S、CO2、NOx、氟化物、HCl、氰化物、酚、苯类、烃类3、交通运输：汽车、飞机、轮船燃气：CO、NOx、HC、含氧有机化合物、硫氧化物、铅化合物4、农业活动：农药、施肥（N肥）几个概念固定式污染源：污染物从固定地点排出。

工业、家庭灶移动式污染源：污染物从流动源排出。

交通工具点源污染：排放污染物的空间集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物。例如：烟囱面源污染：在一个大面积范围排放污染物。

例：农业氮肥过量使用造成地下水污染（二）大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气，并对人和环境产生有害影响的物质。按形成过程，分为一次污染物和二次污染物直接由污染源排放的污染物进入大气的一次污染物之间或与正常

大气组分发生反应，以及在太阳辐射下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。按存在状态，分为颗粒物和气态污染物常表示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘、可吸入粒子（IP）。主要有一次污染物：SO2、H2S

、NO、NH3

、CO、CO2

、HF、HCl

、C1—C12化合物。二次污染物：SO3、H2SO4、MSO4

、NO2、MNO3

、醛类、酮类、酸类。

其粒径绝大多数在100μm以下，其中多数在10μm以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。

飘尘指可在大气中长期飘浮的悬浮物，分为PM10（粒径<10μm）和PM2.5（粒径<2.5μm）。PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害，PM2.5的危害则更为严重。

降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直径大于30μm，由于其自身的重力作用会很快沉降下来。单位面积的降尘量可作为评价大气污染物程度的指标之一。1、气溶胶状态污染物形态分散质粒径(μm)形成特征主要效应轻雾(mist)水滴>40雾化、冷凝过程净化空气浓雾(fog)液滴<10雾化、蒸发、凝结和凝聚过程降低能见度，有时影响人体健康粉尘(fume)(气)固、液微粒0.01～1蒸发、凝聚、升华等过程，一旦形成很难分散影响能见度烟(smoke)固体微粒<1升华、冷凝、燃烧过程降低能见度、影响人体健康烟雾(smog)液滴和固体微粒<1冷凝过程、化学反应同上烟炱（tai）(soot)气体微粒-0.5燃烧、升华、冷凝过程影响人体健康霾(haze)液滴固粒<1凝聚过程、化学反应湿度小时有吸水性，其它同烟颗粒物形态及其主要形成特征SO2、SO3，含硫燃料的燃烧、硫化物矿石的焙烧、冶炼、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂和所有烧煤或油的工业锅炉、炉灶SO2氧化-SO3结合水分子-H2SO4气溶胶-MSO4

无机硫：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2有机硫：CH3CH2CH2CH2SHH2S+2H2+2C+C2H42H2S+3O32H2O+2SO2硫酸盐：非可燃性硫，残存于灰中2、硫氧化合物NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等氮氧化物的总称。造成大气污染的NOx主要是指NO和NO2。大气中NOx的人为源主要是燃料的燃烧。2/3汽车、1/3固定源燃烧产生的NOx主要是NO。一般假定燃烧产生的NOx中NO占90%。

3、氮的氧化物燃料燃烧形成NOx的类型（1）燃料型：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化成NOx。（2）温度型：燃烧时空气中的N2在高温（>2100度）下氧化生成NOx。NOx的人为源链反应机制：高温裂解NOx的天然源：生物源（1）由生物体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO及随后缓慢氧化形成的NO2；（2）生物源产生的N2O氧化形成NOx；（3）有机体中的氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧化形成的NOx。大气中的NOx最终转化为HNO3和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中除去。NOx的人为源与天然源各占一半。4、碳的氧化物

（1）CO：人为源：CO是在燃料不完全燃烧时产生。80%汽车，家庭炉灶、工业燃煤锅炉、煤气加工等工业过程。（O2不足）CO+O2→CO2非常慢，因为CO之间是三键CO的天然源：CH4（生命有机体分解产生的）的转化：海水中CO的挥发、植物排放物的转化、植物叶绿素的光解。（2）CO2：人为源：矿物燃料的燃烧天然源：海洋脱气，甲烷转化，动植物呼吸5、碳氢化合物（HC）

通常是指C1～C8可挥发的所有碳氢化合物，又称烃类。它是形成光化学烟雾的前体物。CH4在大气中占80-85%。CH4：厌氧细菌的发酵过程，自然界的淹水土体，如水稻田，原油和天然气的泄漏都会释放出相当量的CH4

。非甲烷烃：自然界值物释放的萜烯类化合物，汽油燃烧，焚烧，溶剂蒸发，石油蒸发和运输损耗，废物提炼。占人为排放量的95.8%。6、其他污染物含卤素化合物：卤代烃，甲基氯，氯氟烃类或称氟利昂，氯气(Cl2)和氯化氢(HCl)，氟化物。硫酸烟雾：SO2在相对湿度高、气温低、有颗粒气溶胶存在时产生的。光化学烟雾：一种含有碳氢化合物和NOx等一次污染物的城市大气，由于日光辐射而发生光化学反应，所产生的生成物（二次污染物）与反应物的特殊混合物。二、大气污染类型1、根据污染物的性质划分：还原型（煤炭型）：以使用煤炭和石油为燃料的地区。SO2、CO、颗粒物等

特点：一次性污染物在低空聚集，生成还原性烟雾。

氧化型（汽车尾气型）：以使用石油为燃料的地区。CO、NOx、HC

一次性污染物能引起光化学反应生成二次性污染物（O3、醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯等）。具有强氧化特性。2、根据燃料性质和大气污染物的组成划分：（1）煤炭型：煤炭燃烧（2）石油型：汽车排气、石油冶炼及石油化工厂的排放（3）混合型：煤炭和石油的燃烧（4）特殊型：有关工业企业生产排放的特殊气体所造成的局部小范围的污染。3、按污染范围分为：局部地区的大气污染区域性大气污染广域性大气污染全球性大气污染。（一）煤烟型污染主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。伦敦烟雾事件几种典型的大气污染（二）交通型污染污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染——光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。洛杉矶光化学烟雾酸雨（三）酸沉降污染

它是指大气中的酸通过降水（如雨、雾、雪）迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表。引起酸沉降的主要物质是人为和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2），其天然源一般是全球分布的，而人为排放的SOX和NOX则具有地区性分布的特点。（一）大气污染对人体健康的危害（二）大气污染对植物的危害（三）大气污染对材料的危害（四）大气污染对环境的危害三、大气污染的危害（一）大气污染对人体健康的危害A、呼吸道吸入；B、随食物和饮水摄入；C、体表接触侵入。1、大气颗粒物4、氮氧化物5、光化学氧化剂3、一氧化碳2、二氧化硫颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置；化学组成决定沉积位置上对组织的影响。损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若与SO2共存，则危害更重。所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。臭氧：对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时吸入则更严重。（二）大气污染对植物的危害损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。（三）大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。（四）大气污染对大气环境的危害大气污染会导致降水的增加或减少，它对降水化学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。大气污染还会产生全球性的影响：大气中CO2等温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。室内空气污染污染原因：建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质的挥发、人们不健康的生活习惯。苯、甲醛、氡多开窗换气，戒烟，正确使用家庭化学剂，增加户外活动，摆放室内花卉植物第三节大气环境中污染物的转化污染源排放进大气中的污染物，在扩散、输送过程中，由于其自身的物理、化学性质的影响和阳光、温度、湿度等条件的影响，在污染物之间，以及他们与空气原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污染物，这一反应过程称为大气污染的化学转化。包括光化学过程和热化学过程。一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的化学转化(Z)三、氮氧化物在大气中的化学转化(Z)四、大气污染“光化学烟雾”的形成(Z)

一、大气光化学特性

（一）光辐射特点（二）光化学特性

（一）光辐射特点

紫外光区：波长<380nm可见光区：波长380-760nm近红外区：波长760-2000nm远红外区：波长>2000nm光子：一个电子在两个能级之间作一次跃迁所发射出的电磁波。辐射：当一个电子降到较低能级时所发出的能量。光化辐射：波长>=380nm的光称为光化辐射。（二）光化学特性光化学反应：一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的反应。一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化四、大气污染“光化学烟雾”的形成1、光化学氧化:直接光化学氧化：在低层大气中，吸收阳光中大于290nm的吸收光谱，进行跃迁，生成单重态或三重态的SO2，进一步反应生成SO3。间接光化学反应：与强氧化性自由基反应而被氧化。2、催化氧化：在催化剂作用下，氧化成SO3，然后吸水，溶解成H2SO4。(一)SO2的氧化SO2直接光化学氧化SO2间接光化学氧化：与强氧化性自由基反应而被氧化。SO2的催化氧化：在催化剂作用下，氧化成SO3，然后吸水，溶解成H2SO4。催化剂包括：某些金属盐，例Mn和Fe的硫酸盐和氯化物，常以微粒悬浮在空气中。(NH4)2SO4气溶胶颗粒物的形成：CS2、H2S、COS、CH3SCH3被氧化成SO2。对波长>=290nm区域的吸收很小，光解不予考虑。氧化反应是主要的。OH、NO3(二)低价硫化物的氧化一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化四、大气污染“光化学烟雾”的形成NO2的光化学反应：产生O3。

NO2+hvNO+O*O*+O2+MO3+MO3是光化学烟雾的主要污染物质。

O3+NONO2+O2

O3

浓度取决于NO与NO2浓度比NO2的光化学氧化产生光化学烟雾的第一步NO2的化学反应NO2与OH的反应：是气态HNO3的主要来源NO2+OH——HONO2NO2与O3的反应：是大气中NO3的主要来源：NO2与NO3的反应：生成N2O5亚硝酸的化学反应，光解反应是OH的主要来源之一，两种来源，①OH与NO作用②NO2、NO吸水生成。NO2的化学氧化HNO2是可与仲胺生成致癌物质M亚硝酸（HONO）的化学反应HONO的生成反应当发现有催化表面（例如容器壁）存在时，HONO已发现开始生成。由于室内取暖及炊事活动，NO2可以生成，因此HONO可以成为室内二次污染物。这个现象值得注意，因为已知HONO可与仲胺反应生成致癌物亚硝酸盐胺。HNO3的化学反应光解慢、沉降快。溶解度高，水吸收过程快，对酸雨的形成贡献最大。25℃，RH<62%时，NH4NO3以固体存在25℃，RH>62%时，以液态存在大气中RH<62%时，气态HNO3和NH3与NH4NO3固体粒子共存大气中RH>62%时，气态HNO3和NH3与液态NH4NO3共存RH：RockwellHardness洛氏硬度光化学烟雾：含有氮氧化物和烃类的大气，在阳光中紫外线照射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物被称为光化学烟雾。四、大气污染“光化学烟雾”的形成

(Z)光化学烟雾的日变曲线光化学烟雾的形成机理美国加利福尼亚大学的哈根－施密特(Haggen-Smit)根据烟雾箱模拟曲提出光化学烟雾的形成机理。基传递反应引发反应终止反应烷过氧烷基醛过氧酰基过氧乙酰硝酸酯燃料燃烧产生NO2光解NO向NO2的转化（O3的生成）——形成“光化学烟雾”的关键：因为NO、N2、O2、CO、C3H6都不吸收紫外辐射，只有NO2吸收紫外辐射。碳氢化合物是产生“光化学烟雾”的主要成分醛类、O3和过氧乙酰硝酸酯（PAN）系列等二次污染物的形成是“光化学烟雾”的最终产物。光化学烟雾的形成过程地理条件：太阳辐射强（提供290-430nm光辐射）；天气晴朗高温、低湿；逆温、无风（有利于污染物在地面聚集）。污染源条件：以石油为动力的燃料工厂；汽车排气污染物：NONO2，RH醛、酮、PAN、O3生成。光化学烟雾的形成条件对人体健康的危害：刺激眼睛和上呼吸道的粘膜，使人呼吸困难，引起慢性呼吸系统疾病恶化。对植物的危害：使植物丧失遗传能力光化学烟雾能使大片树林枯死，使农作物减产。降低大气能见度：臭氧为主的氧化剂及颗粒混合物其他危害：形成酸雨。光化学烟雾的危害第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场(Z)二、大气水平运动和湍流(Z)三、影响大气污染的地理因素四、影响大气污染的其他因素大气污染程度污染物的源参数气象条件近地层下垫面状况数量、组成、排放方式、源几何形状、相对位置、源高、密集程度稀释扩散速率、迁移转化途径；在源参数一定的情况下，是主要影响因素

一、大气边界层的温度场

（一）气温垂直递减率（二）大气稳定度（三）逆温（四）不同温度层结下的烟型（一）气温垂直递减率低层大气：摩擦层或边界层自由大气层：雨、雪、冰雹多现大气中垂直运动的气团，因上升向外膨胀或下降受外力压缩所引起的温度变化比外界交换所引起的温度变化大的多，因此，空气的上下运动可视为绝热变化。气团上升，外界压力降低，气团膨胀，做功消耗内能，温度降低（绝热冷却）；气团下降，外界压力增加，气团膨胀做功，气团内能增加，温度升高（绝热增温）。干绝热递减率：干空气块或未饱和的湿空气在绝热条件下每升高单位高度（通常取单位高度100m）所造成的温度下降数值称为干绝热递减率。温度层结：气温沿垂直高度的分布曲线rd=0.98K/100m：每升高或下降100m，温度月降低或升高1K温度层结的四种类型：(1)正常分布层结或递减层结：气温随高度增加而递减，r>0(2)中性层结：气温直减率等于或近似于干绝热直减率。r=rd(3)等温层结：气温不随高度变化,r=0(4)逆温：气温随高度增加而增加,r<0

高度Ｚ（m)高度Ｚ（m)（二）大气稳定度大气稳定度：在垂直方向上大气稳定的程度。（１）大气稳定：当外力除去后，气块减速并返回原来高度的趋势。（２）大气不稳定：当外力除去后，气块加速上升或下降。（３）大气中性：当外力除去后，气块被外力推到哪里就停在哪里或者做等速运动。如何判断气体是否稳定？是大气静力稳定度的判据r：温度直减率（三）逆温气温随高度增加而增加，这种温度逆增的现象称为逆温。（此时γ﹤0）出现逆温的大气层称为逆温层。逆温对污染有特别重要的影响，逆温层顶象一个盖子，阻挡下面的污染物向上扩散，逆温层内的空气稳定，扩散弱，许多空气污染事件都发生在逆温条件下。逆温的分类有时逆温是接地的——接地逆温有的逆温悬浮在空中——上层逆温按逆温形成的原因分为：辐射逆温，下沉逆温，湍流逆温，锋面逆温，平流逆温。１、辐射逆温在晴空无云（或少云）的夜间，当风速较小（<3m/s）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，称为辐射逆温。温度高度(a)下午时递减温度层结(b)日落前一小时逆温开始形成(c)随着地面有效辐射的增强地面迅速冷却，逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强(d)日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也随着自下而上的增温，逆温便自下而上的逐渐消失(e)大约上午１０点左右逆温层完全消失。辐射逆温的特点:１、陆地常年可见辐射逆温，冬季最强；２、辐射逆温厚度可以达到200-300m，可达400m；３、冬季晴朗无云和微风的白天，由于地面辐射越过太阳辐射，也会形成逆温层。2、下沉逆温当高压区内某一层空气发生强度较大的气团下沉运动时，常可使原来具有稳定层结的空气层压缩成逆温层结。当它下沉时，由于周围大气对它的压力逐渐增大，以及由于水平辐散，该气层被压缩成Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’,厚度减小为h’（<h)。若气层下沉是绝热的，且气层内各部分空气仍然保持原来的相对位置，则由于ＣＤ下沉到Ｃ‘Ｄ’的距离比底部ＡＢ下沉到Ａ‘Ｂ’的距离大，使气层顶部的绝热增温大于底部。形成逆温。３、平流逆温由暖空气平流到冷地表面上而形成的逆温。形成原因：底层空气受地表面影响大、降温多、上层空气降温少形成的。４、湍流逆温低层空气湍流混合形成的逆温称为湍流逆温。５、锋面逆温

锋面：在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气团的密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为锋面。

锋面逆温：锋面上如果冷暖空气的温差较大，也可以出现逆温，这种逆温称为锋面逆温。一、大气边界层的温度场(Z)二、大气水平运动和湍流(Z)三、影响大气污染的地理因素四、影响大气污染的其他因素第四节大气中污染物的扩散二、大气水平运动和湍流(Z)（一）大气的水平运动（二）大气的湍流运动

（一）大气的水平运动

１、作用与大气上的力：（１）水平气压梯度力（２）地转偏向力（３）惯性离心力（４）摩擦力（１）水平气压梯度力

气压梯度力：单位质量的空气在气压场中受到的作用力。

垂直气压梯度力：与空气质量重力平衡

水平气压梯度力：水平方向存在气压差，大气由高压向低压运动。

大气运动的主要原因。（２）地转偏向力地转偏向力：大气在转动的地球上运动时，由于地球转动而产生的使运动偏离气压梯度方向的力。只能改变大气的运动方向，但是不改变运动的速度。（３）惯性离心力当大气作曲线运动时，将受到惯性离心力的作用。

方向：与大气运动方向垂直，由曲率中心指向外；

大小：与曲率半径成反比。因为大气运动的曲率半径很大，所以，惯性离心力很小。（４）摩擦力运动速度不同的相邻两层大气之间以及贴近地面运动的大气和地表之间，产生阻碍大气运动的阻力，即摩擦力。方向：与大气运动方向相反大小：近地层最显著，随高度增高作用力减弱。２、近地层风速廓线（L）

（１）中性层结条件下的风速廓线模式（２）非中性层结条件下的风速廓线模式风速廓线：平均风速随高度变化的曲线。（Z）风速廓线模式：风速廓线的数学表达式。（Z）（一）大气的水平运动（二）大气的湍流运动（二）大气的湍流运动１、大气湍流：大气的无规则运动。结果：风速的涨落和风向的摆动种类：（１）热力湍流：由于垂直方向上温度分布不均匀引起。（２）机械湍流：由于垂直方向上风速分布不均匀及地面粗糙度引起。

作用：湍流的扩散能力很强，风速越强，湍流越强，污染物的扩散越快，污染物的浓度就越低。

风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。1、地形和地貌的影响地形：山地、丘陵、山脉、河谷等，改变风向、风速。地貌：城镇、堤坝等加重污染三、影响大气污染的地理因素2、山谷风

(发生在山区)山风和谷风相反，但稳定，若有大量的污染物排入山谷，不易扩散，长时间停留，污染加强。24小时为周期的局地环流3、海陆风

海陆风局地环流交错，随海风吹到海面上的污染物，白天又随海风吹回，不易扩散。24小时为周期的局地环流4、城市热岛效应（城市风、城市热岛环流）由于城市人口密集，工业集中，覆盖物热容大，放热慢，使城市比周围乡村温度高（尤其夜间），平均温差0.4～1.5℃（有时可达6～8℃），形成城市风。若城市周围有较多工厂，污染物夜间向市中心输送，造成严重污染。污染物的性质和成分：颗粒物、气态。污染物的几何形状和排放源：排放源：点源、线源和面源；瞬时源和连续源；地面源和高架源。四、影响大气污染的其他因素第五节大气污染控制无论是大气污染源、污染物、污染类型还是大气污染的危害，都具有多样性。控制污染难度大在符合自然规律的前提下，运用社会、经济、技术多种手段对大气污染进行从源头到末端的综合防治，才能达到人与大气环境的和谐。（一）清洁能源包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等世界一次能源替代趋势清洁能源的典型案例1、洁净煤技术洁净煤技术是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术，主要包括煤炭洗选、加工、转化、先进发电技术、烟气净化等方面的内容。清洁能源的典型案例2、西气东输清洁能源的典型案例3、西电东送它有南、中、北三大通道。一是将乌江、澜沧江、红河水的水电资源，以及黔、滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东；二是将长江三峡和金沙江干支流水电送往华东地区；三是将黄河上游水电和山西、内蒙古坑口火电送往京、津、唐地区。它是从根本上实现全国能源资源优化配置的关键性工程，是一项东西部“双赢”的战略。德国风力发电4、风能发电德国路灯（风力发电）西藏利用地热发电4、海洋能5、生物能6、地热能7、核能8、氢能（二）绿色交通我国一些主要城市的大气污染类型正在由煤烟型向交通型转化，汽车尾气排放已成为城市重要污染源。合理的交通规划、发展清洁汽车绿色交通的典型案例1、上海的新世纪交通蓝图加快轨道交通建设：形成地铁、城市轻轨、新型有轨电车等多种方式组成的轨道交通网络体系。建设约650公里的高速公路网路：实现15分钟上网、30分钟互通、60分钟抵达的“15、30、60”目标。公交优先：大力发展轨道交通，优化调整地面交通，适度发展小汽车，限制摩托车，逐步替换助动车。绿色交通的典型案例2、电动汽车电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种类型。经过多年的探索与努力，我国电动汽车电池、电机、电控三大关键技术相继取得突破。业内专家普遍认为，我国电动汽车技术群体性突破的时期已经到来，电动汽车将迅速大规模进入市场。三、环境自净污染物经过末端治理达到排放标准后被排入大气，但此时它们的浓度一般要高于环境空气质量标准，要使其进一步达标将要依靠环境的自净作用。利用气象规律稀释污染物、加强绿化环境自净的典型案例城市绿化

城市绿化的实施需要五律协同自然：植物配植的适地适树原则技术：园艺人员要有相当的专业知识与技术环境：城市绿化应兼顾和谐与无污染经济：建立一套完善的市场机制保证其正常运行社会：城市广场是社会规律在特定时期的一种表现形式

有些树木还可以释放杀菌物质，杀灭细菌，从而起净化空气的作用。成林的树木其效果更为显著。实验证明，通过30-50米的林带，一升水中的含菌量比裸地的对照组中减少70%-90%。这说明树木具有明显的净化空气的作用。树木吸收毒物和净化空气的作用大气污染对动植物都会产生影响，也同样会威胁到人类的生存。

树木根据树种的不同，对污染物质有抵抗力。树木能吸收二氧化碳，氯气、氨气以及含铅、汞、锌、铜、铁等重金属的气体还可以吸收放射性物质、吸滞烟尘和粉尘。草坪及其功能★草坪除光合放出O2为天然“吸尘器”外，根据北京环保科研所测试，3～4级风下，裸地空气中的粉尘浓度为草坪地的13倍，草坪足球场近地含尘量仅为场外黄土地的1/3-1/6。★减少沙尘暴和二次扬尘对城市的影响，减尘量为1.0～1.4mg/m2。减尘率为40％～70％。滞尘效果大大超过乔木和灌木。

★杀菌效果—草坪分泌一定量杀菌素，据测定草坪上空含菌量仅为公共场所的0.003％。降温(夏天）3.5～5℃，保温（冬天）3.5～5℃。（四）末端治理推行清洁能源与绿色交通从源头上减少了大气污染的产生。对于已经产生的污染，则需进行末端治理。除尘、脱硫氮氧化物的治理技术、氟化物的治理技术除尘技术除尘装置：从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备。机械式除尘装置袋式除尘装置湿式除尘装置电除尘装置1、干式机械式除尘装置仅利用重力、惯性力及离心力等沉降作用去除气体中粉尘粒子的装置。对大粒径粉尘去除具有较高效率（1）沉降室除尘重力（2）旋风除尘器旋转气流产生的离心力5um以下的尘粒去除率达50%（3）惯性除尘装置2、过滤式除尘装置滤纸、玻璃纤维：通风、空气调节砂、砾、焦炭：高温烟气除尘纤维织物的袋式：工业尾气99%3、湿式除尘装置含尘气体与液体（水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞或使粒径增大的装置。20um兖州青钢焦化厂4、电除尘装置含尘气体在通过高压电场进行电离过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉集在集尘极上，将尘粒分离出气体。技术类型优点缺点干式机械除尘结构简单、易造价低、施工快、便维修、阻力小过滤式除尘效率高、操作简便、适合含尘低的气体占地多、维修费高、不耐高温高湿湿式除尘结构简单、造价低、占地小、操作维修方便、净化效率高、能处理高温高湿的气流管道腐蚀、污水污泥处理难小结技术类型优点缺点电除尘去除粒径小、耐高温、气流阻力小、不受含尘浓度和烟气流量的影响投资高、占地大、技术要求高续表脱硫（SO2）技术燃料脱硫燃烧过程中脱硫烟气脱硫1、燃料脱硫（1）煤炭的洗选:

利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同，可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。化学选煤：借助化学反应使煤中有用成分富集，除去杂质和有害成分的工艺过程。目前在实验室常用化学的方法脱硫。根据常用的化学药剂种类和反应原理的不同，可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取等。

（2）煤炭的转化：指煤的气化或液化，即对煤进行脱碳或加氢改变其原有的C/H，将燃料变成清洁的二次燃料。煤气的主要成分是H、CO和CH4等可燃混合气。煤气中的S主要以H2S形式存在，可以用湿法脱出大部分H2S。（3）重油脱硫2、燃烧脱硫（1）石灰/石灰石洗涤（2）氨法（3）喷雾干燥吸收法（4）流化床燃烧脱硫

（1）石灰/石灰石洗涤

浆液中的固体（包括燃煤飞灰）连续从浆液中分离出来（2）氨法吸收率90%以上且可以制成含氮肥料

（3）喷雾干燥吸收法

SO2被雾化了的Ca(OH)2浆液或NaOH溶液吸收，温度较高的烟气使液滴干燥脱水，形成固体废物。干废物由袋式除尘器或电除尘器捕集。唯一工业化的干法烟气脱硫技术，逐渐代替湿法（4）流化床燃烧脱硫流化床本质上是一种低温燃烧过程，炉内存有局部的还原气氛，因而NOx的发生量减少，常用的脱硫剂是石灰石或白云石。将石灰石或白云石粉碎成与煤同样的粒度，即粒径在2mm左右，与煤同时加入炉内，在高温下石灰石受热分解析出CO2，形成多孔的CaO，进而和SO2作用，生成硫酸盐，达到固硫作用。适合中小规模的工业锅炉和炉窑3、SO2的吸附净化一般采用活性炭作为吸附剂。当烟气中有足量的水蒸气和氧气时，SO2伴随着发生化学吸附，在活性炭表面上发生化学反应，SO2被氧化成SO3，并与水反应生成H2SO4。一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害影响的空气质量要求

二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的情况下，不发生伤害的空气质量要求。

三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物(敏感者除外)能正常生长的空气质量要求。环境空气质量标准分级

一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。

二类区为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。

三类区为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等。环境空气质量功能区分类第六节全球大气环境变化全球变暖臭氧层破坏过去140年和过去1000年气温变化（与1961年-1990年的平均值比较）。上图数据来自测温仪器，下图数据红线是来自测温仪器，蓝线来自树木年轮、珊瑚、冰核以及历史文献。

全球变暖原因：温室效应的加剧温室效应：太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。因此地表从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、

CFC11、CFC12、四氯化碳、一氧化碳温室效应产生的原因：（1）人口的剧增和工业化的发展：石油、煤燃烧（2）森林的破坏（1）海平面上升：低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅，土地盐渍化，海水倒灌等。全球变暖可能产生的影响未来海平面变化的预测预测者预测年份上升量（cm）世界气象组织（WMO）202520-140Mercer2030500日本环境厅203026-165Bloom2030100欧洲共同体21世纪20-165Barth&Titus

202513-55联合国环境规划署（UNEP）21世纪末65气温升高了0.6度—导致—海平面上升了10-15cm预测：海平面每年6cm的速度上升，到2030年将上升20cm，2100年将上升66cm。海平面上升直接影响到：低地被淹；地表水和地下水的盐分含量增加；地下水位上升。如果极地冰上融化，经济发达、人口稠密的沿海发达地区就会被海水吞没，马尔代夫、塞舌尔等低洼岛国就会消失。上海、香港、威尼斯、东京、曼谷、纽约等海滨大城市将难逃厄运。（2）引起气候变化洪涝、干旱、高热、高寒等灾害发生的频率及其季节变化、降水的年际变化和空间分布都会变化。这将使许多海岸区遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加大，尤其在珠江三角洲、长江三角洲和渤海湾地区。全球变暖最严重的危害不是全球平均气温升高，而是引起的严重干旱灾情的发生频繁。美国国家大气研究中心的华人科学家戴爱国等人发现，从20世纪70年代至今，地球上严重干旱地区的面积几乎扩大了一倍，这是全球变暖造成的。

戴爱国和同事们发现，20世纪70年代，全球严重干旱地区占陆地面积的10％至15％，而到2002年已达到约30％，这一增长的一半可归因于气温升高而不是降水量下降，实际上同期全球平均降水量还略有增长。

10%-----30%

戴爱国等人发现，由于全球气温的升高，地表水分加速向空中蒸发，即使降雨量有所增加，多数地区也会形成干旱。研究人员还发现，由气温升高导致的干旱多数发生在北半球的中高纬度，包括亚洲和欧洲的大部分地区、加拿大、非洲西部和南部、澳大利亚东部地区等，而东亚和撒哈拉地区的干旱主要是由于降雨减少而引起的。与此相反，美国和阿根廷等部分地区将更加湿润。

戴爱国等人在论文中写道，全球气候变化模型已经预言，当二氧化碳等温室气体排放增加导致气候变暖时，大多数陆地会出现干旱，他们的分析显示“这一干旱过程已经开始”。

他认为，在人类活动导致全球变暖的前提下，他们的研究成果敲响了全球干旱的“警钟”。（3）对生物多样性的影响气候是决定生物群落分布的主要因素，气候变化能改变一个地区不同的物种的适应性，并且能够改变生态系统内部不同种群的竞争力，自然界的动植物，尤其是植物群落，可能因为无法适应全球变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运。并且还可能使一些物种灭绝，消失。动物:

北极熊、海豹可能消失蝴蝶是对全球变暖最敏感的物种之一，研究发现分布在欧洲和北美洲的斑蝶的分布区向北迁移了达200公里，但是植物的迁移要滞后很多。每年斑蝶都在加利福尼亚北部和加拿大度过夏天，冬天到墨西哥越冬，由于气候变暖，南部分布区正在消失，向北部和高海拔的地区扩展。调查显示：一些高海拔地区以前从来没有疟疾或其他蚊子传播的疾病!现在也开始发生。1997年坦桑尼亚和印度尼西亚的热带高地第一次暴发了疟疾。登革热以前只在海拔1000米以下的地区发生，现在在墨西哥海拔2000米的地区也有报道。在哥伦比亚超过海拔2000米的地区发现了登革热和黄热病的媒介昆虫。Monteverde金蛙是生活在哥斯达黎加Monteverde

森林的特有物种，70-年代以来，由于温度上升、云层升高，导致在这个森林里生活的鸟类、爬行类和两栖类动物种群发生了巨大变化。其中有21种蛙类在这个森林消失。由于Monteverde金蛙只生活在这片森林中，它在当地的消失，代表了这个物种在地球上的消失。

(4)

全球变暖对农业的影响一年中温度和降水的分布是决定种植何种作物的主要因素。a、气候的变化曾经导致生物带和生物群落空间（纬度）分布的重大变化，例如公元800-1200年北大西洋地区的气温比现在高1度，使玉米在挪威种植成为可能，但是到了1500-1800年。西欧出现了小冰川期，平均气温比现在低1-2度，就造成了挪威一半的农场弃耕，冰岛的农业耕种几乎全部停止。

b、农业生产的不稳定性增加，产量波动大

据估算，我国种植