环境科学导论-第三章

第三章大气环境重庆三峡学院重点课程:环境学概论我们离不开大气

，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、全球大气环境问题一、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。大气边界层：在对流层下部靠近下垫面的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，即假设大气污染物到达一定浓度，并持续足够的时间，到达对公众健康、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。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。火山雷电造成的森林大火燃煤汽车空调大气污染物：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。按来源，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响，以及在太阳辐射下引起光化学反响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。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的危害那么更为严重。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，生成复原型烟雾。伦敦烟雾事件二、几种典型的大气污染1952年12月5－8日，一场灾难降临了英国伦敦。地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心，一连几日无风，风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城，又值城市冬季大量燃煤，排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积木散，烟和湿气积聚在大气层中，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。在这种气候条件下，飞机被迫取消航班，汽车即便白天行驶也须翻开车灯，行人走路都极为困难，只能沿着人行道摸索前行。4天时间，死亡人数达4000多人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡，52头严重中毒，其中14头奄奄待毙。2个月后，又有8O00多人陆续丧生。这就是骇人听闻的“伦敦烟雾事件〞。冬季取暖燃煤和工业排放的烟雾是元凶，逆温层现象是帮凶。伦敦上空大气中烟尘浓度比平时高10倍，二氧化硫的浓度是以往的6倍，整个伦敦城犹如一个令人窒息的毒气室一样。

〔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１９５５年９月的一天，洛杉矶的气温很高，空气污染严重，城市上空烟雾浓浓，大气能见度极低，但阳光充足，一点风也没有。在强烈的阳光照射下，一种淡蓝色的奇异的烟雾在人们四周飘移，许多人感到眼睛疼痛、头痛头晕、呼吸困难，短短两就有４００多位老人死亡，这个死亡数字比平时高３倍多。这就是世界上有名的洛杉矶光化学烟雾事件。那么，这次事件是什么原因造成的呢？

原来，大量的汽车尾气被排放到大气中，尾气中的碳氢化物和氮氧化物久久弥漫在洛杉矶上空，经阳光照射发生光化学分解，产生活性很高的游离性离子氧。这种游离性离子氧可以与空气中的氧分子结合，生成臭氧分子。臭氧分子具有一定的氧化性，可以将汽车尾气中的炭氢化物氧化成甲醛、丙烯醛、酮类、过氧酰基硝酸酯等化学物质，这些物质在光的照射下呈现淡蓝色，并具有强烈刺激性，可以引起人类中毒，甚至死亡。洛杉矶市的人们就是吸入了这些有害物质，才出现前面提到的病症。

由于这种淡蓝色的烟雾是通过光化学反响而产生的，所以称为光化学烟雾。又由于这次事件是发生在洛杉矶市，所以称为洛杉矶光化学烟雾事件。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那么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〕大气污染对大气环境的危害三、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，假设与SO2共存，那么危害更重。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，运动时吸入那么更严重。〔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。经历了60年，德国的这座雕像已经彻底被酸雨毁坏了。〔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污染现状1、大气环境问题的开展历程

70年代

80年代

90年代烟尘TSP SO2

酸雨NOx

光化学烟雾

SO2 TSP SO2

酸雨

TSPPM10

PM2.5

颗粒物：TSP总悬浮颗粒物

PM10可吸入粒子

PM2.5细颗粒物，细粒子国外同领域开展现状TSP 已解决SO2 根本解决NOX和光化学烟雾 局部解决PM10，PM2.5 刚提上日程

UnderUrbanization

人口增长populationgrowth能源消费增加energyconsumptionincrease机动车motorvehicles燃煤coalcombustion复合空气污染complexairpollution

PhotochemicalsmogAcidRainPoorVisibility(FineParticles)中国经济高速开展进程

EconomicGrowthinChina(1985-1999)全国人均GDP1981：489元2001：7543元

15.4倍城市化1985-2001城市数量324-662个〔667〕 城镇人口2.5亿-4.8亿 人口比重23.7%-37.7%根底设施滞后于城市化进程据联合国开发方案署(UNDP)1999年《人类开展报告》 174个国家和地区：中国排名98 按世界地区排列： 上海25位 北京27 天津30 西藏147 贵州137 青海135城市化快速开展中国城市人口变化与他国之比较(1980-1995)

UrbanPopulationChangeinChina2000年世界城市化水平达48%，开展中国家占60%1980年以来机动车增长情况(年)X10,000,万辆,1988-2000年北京市私人小客车保有量〔年〕〔万辆〕2.01.4复合型污染 不是简单叠加

大城市当前大气污染的特征煤燃烧汽车尾气扬尘等++例：大气气溶胶与氧化性大气氧化剂(O3,OH)SO2等细粒子HC、NOx尾气、工业、燃煤hv

具体表现为：二次污染加重

#大气氧化性增强----臭氧增高

#

细粒子污染严重，能见度降低

#酸雨的污染难以减轻当前城市大气污染的特征复合型大气污染以城市为中心呈区域性大气氧化性增强—夏季出现光化学烟雾现象能见度降低

I

光化学烟雾

大气臭氧TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市复合型大气污染的特点低平流层Lowertroposphere氮氧化物+碳氢化合物+阳光=臭氧+各种氧化剂+颗粒物NOx+VOC+light=O3+Oxidants+Aerosol臭氧的环境作用EnvironmentalFunctionofOzone氮氧化物NOx碳氢化合物Hydrocarbon臭氧O3+OH自由基OHradical二氧化硫SO2氮氧化物NOx硫酸、硫酸盐Sulfuricacidandsulfate硝酸、硝酸盐Nitricacidandnitrate细颗粒物Aerosol有机物VOC酸雨臭氧对人体健康的影响

短暂暴露：

引起咳嗽，喉部枯燥，胸痛，粘膜分泌增加，疲乏，恶心等

长期暴露：

可把瞬间影响逐渐积累

严重暴露：

明显损伤肺功能，影响呼吸道结构，引起炎症，改变透气率

WHO推荐基准：

1小时暴露150-200微克/米3

8小时暴露100-120微克/米3

儿童出现影响的最低浓度140微克/米3

与酸性气溶胶〔细颗粒物〕结合有增效作用。臭氧对植物的影响

O3是最重要的毒害植物的污染物：影响细胞渗透性；降低光和作用对根部的的营养供给影响根系向上部输送水分、营养O3长期危害：可能导致某些地区高产作物消失，甚至使遗传根底也随之消失。O3对粮食产量影响：欧洲减产1-10%〔空气污染〕；美国减产12-13%〔光化学氧化剂〕，经济损失达19-43亿美元；开展中国家不明臭氧对材料的影响染料与绘画褪色橡胶脆裂北京市中关村大气O3浓度日变化标准：100ppb200微克/M3ppb小时Mainwind

郊区上风向upwindsuburb城区urbanarea郊区下风向downwindsuburb北京市监测站O3浓度水平

〔2000，6，21-7，3〕上海市〔上图〕和广州市〔以下图〕

大气臭氧污染状况佘山，1999新垦，2000我国开展颗粒物研究的历程TSP总悬浮颗粒物PM10可吸入粒子PM2.5细颗粒物70年代80年代初90年代后期全国局部城市个别城市

北京等47个城市测定并日报青岛，广州、北京等TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市复合型大气污染的特点

II大气颗粒物可吸入粒子PM10

细颗粒物PM2.5大气颗粒物〔气溶胶〕大气中含有大量气溶胶粒子〔颗粒物〕 可高达107——108粒子/cm3粒径大小可覆盖四个量级， 几个纳米〔nm)到100微米(m)一个10m粒子的质量等于100万个10nm粒子质量之和0.01m的粒子约含有104个分子 1m的粒子约含有1010个分子大气气溶胶〔颗粒物〕的粒径分布02468100.010.1110100ParticleAerodynamicDiameter(um)RelativeConcentrationAccumulationCoarsePM10PM2.5TSPPM0.1FugitiveDust,PollenSulfate,Nitrate,Ammonium,Organic&ElementalCarbon,HeavyMetals,ClaysCarbonUltrafineCondensationDropletINHALATIONPROPERTIES城市气溶胶〔颗粒物〕城市气溶胶是：

工业、交通、电力、其他生产和生活活动以及天然源排放的一次粒子和

由气体向颗粒物转化而生成的二次粒子 混合物数浓度：

1m的粒子最多质量浓度：一般有两个峰，1m和1-10m之间大气气溶胶的类型类型数浓度（cm-3)PM1(gm-3)PM10(gm-3)城市105-4x10630-150100-300乡村2000–10,0002.5-810-40偏僻地区50–10,0000.5–2.52-10大气气溶胶粒径大小决定了粒子 在大气中的寿命 在大气中的物理行为粒径大小和化学组成反映了粒子来源、成因 决定了对人体健康和对环境的影响PM10

和PM2.5的异同细粒子（PM2.5)粗粒子(PM10)来源燃料燃烧工业和土壤尘的再扬起冶金、造纸等工业农田、裸露地面的扬尘NO、SO3、VOC的气-粒转化建筑尘生物质燃烧生物源道路碾磨细扬尘海洋源形成途径化学反应机械粉碎成核、凝结、冷凝、成云过程尘的悬浮PM10

和PM2.5的异同PM2.5PM10组成硫酸盐、硝酸盐、铵悬浮尘氢离子煤、油的飞灰元素碳（EC）有机物（OC）地壳元素（Fe,Al,Ti,Si)的氧化物水CaCO3,Nacl金属（Pb,Cd,V,Ni,Cu,Zn,Mn,Fe,等）花粉、孢子、动植物碎片、轮胎磨损碎片等大气寿命几日至几周几分至几日输送距离几百至几千公里小于几十公里PM2.5的环境行为及效应光的散射和吸收降低大气能见度 云凝结核 致酸物质干沉降 危害生态系统远距离输送 区域性酸沉降 区域及全球气候变化污染物载体 携带有害有毒污染物进入呼吸道 影响人体健康化学反响床 多相化学反响世界城市TSP水平

城近郊区PM10年均值〔微克/立方米〕年199920002001年均值170162165PM10国家空气质量年均值至二级标准100微克/立方米

1997年美国制定新大气质量标准

PM2.5

年平均 15g/M3

日平均 65g/M3PM2.5particleinBeijingin1999我国城市中PM2.5andPM10的水平

中国主要城市PM2.5/PM10的比值及与国外的比较看不见蓝天大气能见度PM2.5PM2.5:30mg/m3工业革命前的修复图PM2.5andPM10

与能见度的关系AirPollution&Health中国呼吸道系统发病率很高慢性肺部疾病如肺气肿、慢性支气管炎等是主要导致死亡的疾病之一，死亡率为其他开展中国家的二倍以上。据初步估计，如空气质量能够到达国家二级标准，每年能防止约178,000例过早死亡.

—Clearwater,BlueSkies:China’sEnvironmentintheNewCentury—THEWORLDBANK19971999年12月28，29日的SeaWIFS的卫星遥感真色图片。霾笼罩了亚洲大局部地区，其中污染最严重的是印度北部和中国东部3。亚洲棕色云是INDOEX的最重要发现：重要性至少等同于臭氧层损耗高浓度的细粒子组成，成分主要是碳黑，硫酸盐，硝酸盐，有机颗粒，飞灰，和矿物颗粒，同时霾层中还含有明显的二氧化硫，一氧化碳和各种有机气体化合物等等，这说明上述污染物主要来源于生物质燃烧和工业排放等人为污染TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市复合型大气污染的特点

III一定气象条件下，城市污染呈区域性

Regionaldimensionofurbanpollutionundercertainmeteorologicalcondition

广州地区NOx和O3白天平均浓度地域分布

ThespatialdistributionofNOxandO3daytimeaverageconcentrationin1998SNJune30-July7October11-20模拟系统框架气象场模拟空气质量模拟源排放处理

2000年7月1日的臭氧区域分布特征

7月1日14点7月1日18点北京城八区气溶胶的分布特征〔6月26日12点〕

PM10OC

PSO4PNO3SO2,NO2(NOx)

O3

PM10，PM2.5

能见度

气态污染物SO2,NO2(NOx)，PM2.5-10

一次污染物二次污染物颗粒物O3PM2.5SO4,NO3第四节

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。多种手段五律协同清洁能源绿色交通末端治理环境自净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。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、开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：大力开展轨道交通，优化调整地面交通，适度开展小汽车，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局部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。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，那么需进行末端治理。除尘、脱硫氮氧化物的治理技术、氟化物的治理技术环境自净污染物经过末端治理到达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那么技术：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第五节

全球大气环境变化全球变暖臭氧层破坏全球变暖原因：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，地球外表的温度得以维持，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。2、对动植物的影响：一些地区某些物种将会消失，而有些那么从气候变暖中得到益处。3、对农业的影响：世界粮食