第3章大气环境

第三章大气环境我们离不开大气，如同鱼儿离不开水。目录第一节、大气概述（成分、分层、边界层）第二节、大气污染（源、物、类型、危害）第三节、大气污染控制（四个对策）第四节、全球大气环境变化一、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第一节大气概述二氧化碳（0.02-0.04％）：来源：生物呼吸作用，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：高空通过氧气解离作用，低空通过闪电或光化学反应及高空传输。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。在垂直方向，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。悬浮颗粒：种类：固体颗粒（火山、尘土、燃烧颗粒）液体颗粒（水汽凝结物）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，气温降低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称为大气边界层，由于贴近地面，大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、温度的垂直分布三、大气边界层的主要特征三、大气边界层的主要特征湍流运动：定义：在大气边界层中，由于下垫面粗糙度的影响，

风速越靠下层变得越小，因而产生了风速的

垂直梯度，形成湍流。特征：下垫面越粗糙，平均风速越大，大气越不稳

定，湍流越强。风：特征：在大气边界层中，由于越往高处摩擦力越小，

因而风速随高度增加明显变大。

近地面风速：白天风速大，夜间风速小；最大值出现在14时左右，最小值出现在清晨日出前。

大面积水域上，低层风速变化与陆地刚好相反。温度的垂直分布：白天：气温随高度递减夜间：气温随高度增加而增加日出后：下层递减上层递增日落前后：下层递增上层递减第二节大气污染大气污染：自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染。大气污染：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、生态或环境要素产生不良影响或效应，就是大气污染。一、大气污染源污染源天然源人为源火山爆发、雷电造成的森林大火、自然风尘、海洋飞沫等工业企业排放源家庭炉灶采暖设备交通运输按来源，分为一次污染物和二次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。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。直接由污染源排放的污染物二、大气污染物按存在状态，分为颗粒物和气态污染物常表示为总悬浮颗粒物（TSP）、飘尘和降尘。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称为细颗粒物）。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。（一）煤烟型污染主要污染源是燃煤。主要污染物是CO2

、

SO2、CO、NOx和颗粒物，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，形成还原型烟雾。二、几种典型的大气污染伦敦烟雾事件马斯河谷烟雾事件多诺拉烟雾事件（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CxHy。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。1940年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）大气污染对自然环境的危害三、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协同作用危害更大。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，汽油机动车CO与血红蛋白结合，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。（一）大气污染对人体健康的危害6、碳氢化合物7、其他有害物质多环芳烃致癌、光化学烟雾的组分铅化物：来源于汽车防爆剂镉化物：骨痛病or骨癌氟化氢：肺水肿、支气管炎氯化氢：肺水肿（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。污染物的剂量和组成决定危害程度：SO2直接损害叶子，长期阻碍植物生长；氟化物影响酶催化作用；O3损害植物气孔和膜，降低光合作用对根部营养物的供应。（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、纺织品等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。SO2与其它酸性气体可腐蚀金属、建筑材料及玻璃表面；SO2及O3会使染料与绘画褪色，从而对宝贵艺术作品造成威胁。（四）大气污染对自然环境的危害1、酸雨等对水循环的影响2、温室气体对气候的影响3、城市对气候的影响：城市热岛效应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25第三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。如何体现五律协同？清洁能源绿色交通末端治理环境自净3.1五律协同与大气污染交通型污染污染源：需求增加（经济、社会）、交通行业能源利用水平（技术规律）污染物的迁移转化过程：自然规律污染效应：光化学烟雾、颗粒物、CO、NOx、CxHy等（环境规律）263.2清洁能源（1）含义：常规能源的清洁利用；可再生能源与新能源的开发利用；各种节能技术等煤炭、石油、天然气太阳能、风能、海洋能、水能、地热能、生物质能、核能、氢能273.2清洁能源（2）使用一次能源的变化趋势世界一次能源替代趋势中国28（3）清洁能源典型案例（A）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。29（3）清洁能源典型案例(B)西气东输30（3）清洁能源的典型案例(C)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。313.3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混合型或交通型转化，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323.3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。33（2）北京的公交优先发展343.3绿色交通的典型案例（3）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。353.4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、脱硝氮氧化物的治理技术、氟化物的治理技术363.5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373.5环境自净——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38第四节全球大气环境变化4.1全球变暖4.2臭氧层破坏39

本节主要内容：（1）掌握全球变暖的主要原因（2）掌握温室效应、温室效应加剧等概念（3）掌握常见的温室气体种类（4）掌握减缓全球变暖的对策（5）熟悉全球变暖可能产生的影响（6）熟悉全球的温度变化规律与趋势（7）了解《京都协议书》的内容（8）了解臭氧层破坏的原因与危害目标：针对全球变暖能够提出合理化建议或对策40（1）直接表现：温度升高4.1全球变暖？？？41（A）全球温度变化与时间的关系42（B）未来一百年温度的预测43直接表现：温度升高4.1全球变暖温室效应的加剧原因44大气中的温室气体通过对长波辐射的吸收而阻止地表热能耗散，从而导致地表温度增高的现象。（2）温室效应的定义平衡和谐45二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（3）温室气体46（4）减缓全球变暖的对策a）排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放；47（4）减缓全球变暖的对策b）固定化对策：使已生成的CO2变为其他物质，以防止其向大气中排放；c）适应对策：已发生全球变暖，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。48a）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。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&Titus202513~55联合国环境规划署（UNEP）21世纪末65（5）全球变暖可能产生的影响49b）对动植物的影响：一些地区某些物种将会消失，而有些则从气候变暖中得到益处。c）对农业的影响：世界粮食生产的稳定性和分布状况的改变，农产品贸易模式的变化。（5）全球变暖可能产生的影响50追根溯源，温室效应是过量的二氧化碳在大气中聚集而产生的一种天气现象。绿色植物进行光合作用吸收大量二氧化碳，这已是人们长期以来的共识，因而一直以来，森林被认为是解决温室效应的利器。据推算，到2050年，排放到大气中的二氧化碳量将比现在增加35%-50%。于是，他们就在第一组森林中不断施放二氧化碳浓度为560ppm（ppm为百万分之一）的气体，以模拟50年后的浓度水平；第二组森林则保持目前正常的二氧化碳水平，即浓度在365ppm左右。在实验开始的前两年里，第一组森林的树木在高浓度二氧化碳下生长明显加快，生长速度比第二组森林的树木大约快25%。但两年后，生长速度却在很短的时间内迅速下降，最终和第二组森林的树木的生长速度基本持平。分析原因，主要是土壤中的养分，特别是氮养分随着树木的迅速生长而消耗殆尽。另外，科学家们在跟踪观察二氧化碳在树木生长过程中的作用后发现，树木吸收的二氧化碳主要是对树叶的生长起作用，对树干的作用则不明显。在二氧化碳浓度较高的环境里，落叶分解并释放出二氧化碳的速度也更快。树木吸收的碳有一半储藏在树叶中，树叶掉落后有的迅速分解、重新向大气中释放出二氧化碳，有的缓慢被土壤吸收。树叶分解速度加快，将使森林本身的碳沉降能力大打折扣。在营养或温度等因素的影响下，环境变化甚至可能使一个生态圈由二氧化碳吸收者变成污染源。森林与温室效应的新发现/nature/journal/v411/n6836/full/411466a0.html/nature/journal/v411/n6836/full/411469a0.html1)树叶脱落以后会慢慢腐烂，它所吸收的二氧化碳在3年内将几乎全部回到大气中，而并非像以前人们所说的那样，会留在土壤里。2)尽管森林在涵养水源、防止水土流失、调节气候等方面都有无可替代的作用，但在大量消化二氧化碳的能力上，人们不能太乐观。也许人们只能从减少二氧化碳气体的排放量入手来解决温室效应问题了，这将使全球的环保问题变得更为复杂，利益冲突更为尖锐。3)美国将不能以森林为借口来逃避自己的责任，而全球只能进一步严格限制二氧化碳的排放量，这又将直接影响到世界各国经济的发展。51太阳光中的紫外线辐射，特别是UV-B辐射对生物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。（紫外线辐射按照其波长的不同，可划分为UV-A（315~400nm）、UV-B（280~315nm）和UV-C