大气环境化学-第二次课程

第一章大气环境化学了解大气层的结构，大气的运动规律，大气中的主要污染物迁移。掌握污染物遵循这些规律而发生的迁移过程，光化学反应基础，重要的大气污染化学问题及其形成机制，特别重要的是污染物参与光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理。还应了解酸雨、温室效应以及臭氧层破坏等全球性环境问题。1第一节大气中污染物的迁移大气的结构和性质地球的辐射平衡

大气的组成2一、大气中结构和性质1.1大气温度层结由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布称为大气温度层结和大气密度层结。3一、大气中结构和性质对流层（troposphere）对流层的特点是：气温随高度升高而降低，大约每上升100m，温度降0.6℃。空气密度大。对流层平均厚度为10~12km，仅是大气层厚度的1%，但是大气总质量的3/4以上和几乎所有水汽集中在此层。天气现象复杂多变。4一、大气中结构和性质平流层（stratosphere）特点:空气没有对流运动，平流运动占显著优势。空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象，透明度高。在高约15~35km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（UV-B、UV-C）的能力，故使平流层的温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。51.2大气垂直递减率和逆温

随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率。

T----绝对温度，Kz----高度在对流层中，<0，Γ=0.6K/100m一、大气中结构和性质6左图白天的层结曲线为ABC，夜晚近地面空气冷却较快，层结曲线变为FEC，其中FE为逆温层。以后随着地面温度降低，逆温层加厚，在清晨达到最厚，如DB段。日出后地面温度上升，逆温层近地面处首先破坏，自下而上逐渐变薄，最后消失。lnP

CBEDFA一、大气中结构和性质1.2大气垂直递减率和逆温图1-2辐射逆温71.3气块的绝热过程和干绝热递减率1、绝热过程：即系统（气块）与周围的环境没有热量交换。2、干过程：固定质量的气块不经历发生水相变化的过程，即气块内部不出现液态水和固态水。3、气块的干绝热过程气块在干绝热上升过程中，由于外界压力减小而膨胀，就要抵抗外界压强而做功，消耗内能，因而气块温度降低。相反，气块在干绝热过程下降时，由于外界压强增大而被压缩，体积功被转化为该块空气的内能，因此温度升高。(见P13,图2-4)8

4、干绝热垂直递减率

：干空气在上升时的温度降低值与上升高度的之比,用表示。利用,对于上升的空气可以得到如下关系:9

1.4大气稳定度概念：指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。大气的稳定度与大气垂直递减率和干绝热垂直递减率有关:如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡位置，则称层结是稳定的,Γd>Γ;如果层结大气使气块趋于继续离开原来的位置，则称层结是不稳定的Γd<Γ;介于上两者之间，Γd=Γ.10

1.4大气稳定度图1-3大气稳定度11

2.地球的辐射平衡2.1太阳的辐射图1-4太阳和地球的辐射光谱

122.2大气成分对太阳辐射的吸收

132.1大气成分对太阳辐射的吸收

142.3地球与大气的能量平衡图2-6地球的能量平衡15

3.大气的组成3.1大气组成分类按照停留时间的长短，大气组分可分为三类：准永久气体：N2、Ar、Ne、Kr、Xe。可变组分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2。强可变组分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、碳氢化合物(HC)、颗粒物、H2S。16173.2大气组分的源、汇和气体循环

源（source）大气组分产生的途径和过程。天然源（naturalsource）由自然界发生的物理、化学、生物过程向大气输送物质；人为源（anthropogenicsource）人类生活、生产活动向大气输送污染物。183.2大气组分的源、汇和气体循环

汇（sink）大气组分从大气中去除的途径和过程，包括：降水湿去除大气中化学反应转化为其它气体或微粒地表物质吸收或反应去除向平流层输送 193.2大气组分的源、汇和气体循环

气体循环：大气组分通过大气圈与其它圈层发生的物理、化学、生物过程进行物质交换、转换。203.3大气污染物的类别

大气污染的概念：大气中存在的某种物质超过了正常的环境水平，且对受体产生了可以测量出来的不良效应。受体包括人、生物、材料、气候等。213.3大气污染物的类别

按物理状态分：气态污染物（约占90%）：常温下是气体或蒸汽（gasesandvapors），就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括SOx、NOx、COx、HC、CFCs等;大气颗粒物（气溶胶，占10%）：大气气溶胶体系中分散的各种粒子。223.3大气污染物的类别

按粒径大小分A．总悬浮颗粒物TSP：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。B．飘尘SPM：Dp≤10mm的颗粒物。C．可吸入粒子IP：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，Dp≤10mm。D．降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。细粒子：fineparticle,Dp＜2.5m或Dp＜3.5m粗粒子：coarseparticle,Dp＞2.5m或Dp＞3.5m233.3大气污染物的类别

按形成过程分A．一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如CO、SO2、NO等。B．二次污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物质，如光化学氧化剂Ox（由天然源和人为源排放的氮氧化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。243.3大气污染物的类别

按化学类型分（1）含硫化合物（SO2、H2S、(CH3)2S、H2SO4）；（2）含氮化合物（NO、NO2、NH3、HNO2、N2O）；（3）一氧化碳和二氧化碳；（4）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；（5）光化学氧化剂（O3、PAN、H2O2等）；（6）含卤素化合物（HF、HCl和CFCs等）；（7）颗粒物（H2SO4、SO42-、NO-3、多环芳烃及重金属元素等）；（8）放射性物质。 253.4大气组分的浓度表示方法1．混合比单位表示法x（体积、质量）

ppm（百万分之一）、pphm(一亿分之一)，ppb(十亿分之一)，ppt(万亿分之一)等，这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中低浓度物质是合适的。当表示浓度相对较高的物质时，比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。263.4大气组分的浓度表示方法1．混合比单位表示法x（体积、质量）例：大气中O3的本底浓度是0.03ppm(也可以是30ppb）,即空气中每108个空气分子，就有3个O3分子。

CO2的本底浓度是350ppm，即空气中每106个空气分子，就有350个CO2分子；273.4大气组分的浓度表示方法2．单位体积内物质的数量表示法（个数/cm3）用于比ppt还要低的浓度水平，例如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。可以由ppm换算过来。在大气压为101325Pa（标准气压）、温度为25℃（298K）时，每立方厘米的分子数为：1ppm相当于2.46×1013个

分子/cm3。

283.4大气组分的浓度表示方法2．单位体积内物质的数量表示法（个数/cm3）例：OH自由基在污染空气中的浓度是0.1ppt，则用单位体积内物质的数量如何表示？293.4大气组分的浓度表示方法3．单位体积内物质的质量数表示法一般对气体常用g/m3，颗粒物则用g/m3或个数/cm3。303.4大气组分的浓度表示方法3．单位体积内物质的质量数表示法与ppm之间的换算关系：在大气压为101325Pa（标准气压）、温度为25℃（298K）时，31本节的要求掌握大气的温度层结、大气垂直递减率和干绝热垂直递减率的概念；掌握对流层和平流层的特点利用大气垂直递减率和干绝热垂直递减率变化判断大气的稳定度掌握大气成分对太阳辐射的吸收，那个区间的可见光可以透过大气到达地面；掌握大气的源与汇，以及大气成分浓度的表示方法及其换