【全册课件】北京大学-环境化学

环境化学绪论环境化学的发展1环境污染物2CompanyLogo1.1什么是环境化学?1972年R.AHonne在所著《环境化学》定义：“环境化学是研究岩石圈、水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成和其中发生的过程，特别是界面上的化学组成和过程的学科”。戴树桂等认为：“环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支”。CompanyLogoEnvironmentalChemistrymaybedefinedasthestudyofthesources,reactions,transport,effects,andfatesofchemicalspeciesinwater,soil,air,andlivingenvironments,andtheeffectsoftechnologythereon.-------[EnvironmentalChemistry(seventhedition)2000,StanleyE.Manahan]CompanyLogo1.2环境化学的发展环境污染问题的发展带动环境化学的发展,总体分三个阶段:

孕育阶段(1970年以前)(该阶段没有认识到环境污染与自然生态,社会因素的关系)

形成阶段(70年代)(1972年《人类环境宣言》,联合国环境规划署UNEP)

发展阶段(80年代)(持续发展战略成为主导思想,通过《里约环境与发展宣言》,《21世纪议程》)CompanyLogo由于人为因素使环境的构成或状态发生变化,环境素质下降,从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活生产条件CompanyLogo1.3环境化学的研究任务（1）查明潜在有害物质在环境介质中存在；（2）对这些潜在有害物质溯本求源，并查明它们在环境介质中和不同环境介质之间的迁移转化和归宿(环境行为)；（3）查明这些潜在有害物质对环境(生态系统)和人体健康发生作用的途径、方式、程度和风险.（4）探索缓解或消除这些有害物质已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径。CompanyLogo1.4环境化学的发展动向国际:元素的生物地球化学循环,化学品安全评价,臭氧层破坏,全球气候变暖等全球化问题.国内:有机污染物为主的水质污染;大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染;工业废弃物,城市垃圾造成的污染CompanyLogo环境学的研究热点1、难降解有毒有机污染物的效应及控制治理技术2、温室效应、酸雨和臭氧层破坏被公认为全球性环境问题,对此我国有责任作出我们的贡献。3、环境科学引入新的研究方法和技术,使环境科学研究发展到新的高度,灰色理论、人工神经网络、二维多箱模型、累积流量模型、全球定位系统、遥感、地理信息系统等作为新方法和新技术正在发挥重要的作用,也成为最活跃的新领域。4、环境保护事业要依靠科学的规划和管理,规划和管理的信息化、网络化、智能化是一个必须进行的工作,也将成为一个新的研究热点CompanyLogo环境化学分支1环境分析化学2各圈层环境化学3污染控制化学CompanyLogo环境污染物2.1污染物及类别2.2环境效应及其影响因素2.3环境污染物的迁移转化CompanyLogo2.1、环境污染物1、定义：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物.2、环境污染物类别环境要素:大气污染物;水体污染物;土壤污染物污染物形态:气体污染物;液体污染物;固体污染物污染物性质:化学污染物;物理污染物;生物污染物3、人类社会不同功能产生的污染物工业生产对环境造成污染主要是由于对自然资源的过量开采，造成多种化学元素在生态系统中的超量循环；能源和水资源的消耗与利用；生产过程中产生的“三废”。CompanyLogo2.1、环境污染物农业对环境产生污染主要是由于使用农药、化肥、农业机械等工业品，农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥料中常含有细菌和微生物。交通运输：污染主要是噪声、汽油(柴油)等燃料燃烧产物的排放和有毒有害物的泄漏、清洗、扬尘和污水等。生活：生活活动也能产生物理的、化学的和生物的污染，排放“三废”

CompanyLogo化学污染物

(1)元素(2)无机物(3)有机化合物和烃类(4)金属有机和准金属有机化合物(5)含氧有机化合物(6)有机氮化合物(7)有机卤化物(8)有机硫化合物(9)有机磷化合物CompanyLogo优先控制的环境污染物国际:美国环保局基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素，从7万余种有机化学物中筛选出65类，129种优先控制的污染物名单:其中有毒有机化合物有114种，占总数的88.4%。包括21种杀虫剂，8种多氯联苯及有关化合物，26种卤代脂肪烃，7种卤代醚，12种单环芳烃，11种苯酚类。6种邻苯二甲酸酯，16种多环芳烃，7种亚硝胺及其他化合物。国内:在“黑名单”中，共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，包括10种卤代(烷、烯)烃类，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯。7种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈和2种亚硝胺。

CompanyLogo2.2环境效应及其影响因素定义:自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。

划分:环境效应分为自然环境效应和人为环境效应。按环境变化的性质划分，则可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应CompanyLogo环境物理效应:噪声污染,光污染,电磁辐射污染，地面沉降,热岛效应,温室效应环境效应的分类环境化学效应:湖泊酸化,土壤盐碱化,地下水硬度升高,光化学烟雾环境生物效应:环境因素变化导致的生态系统变异:水俣病,痛痛病CompanyLogo3环境污染物在各圈层的迁移转化过程污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集,分散,消失的过程迁移方式:机械迁移,物理化学迁移,生物迁移物理化学迁移是主要方式,主要通过溶解-沉淀,配位和螯合,吸附解吸等作用实现迁移物理化学迁移主要针对无机污染物,有机污染物还可通过化学分解,光化学分解,生物分解实现迁移CompanyLogo汞的迁移转化(P15)汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等生物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级放大。甲基汞可进一步转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水体（pH4～5）中，二甲基汞也可转化为一甲基汞。CompanyLogo环境化学主要内容第一篇：绪论第二篇：大气环境化学第三篇：水环境化学第四篇：土壤环境化学第五篇：污染物在环境各圈层中的转归与效应第六篇：受污染环境的修复第七篇：绿色化学的基本原理及应用

CompanyLogo教学要求1.要求掌握大气的基本性质和组成，污染物的源和汇，大气中主要的气相反应和液相反应以及大气颗粒物性质等基本概念和基本原理；了解酸雨、温室效应及臭氧层破坏等全球关注的大气问题。2.掌握天然水体的组成和性质、溶解和沉淀、氧化和还原、配合作用及固液界面间相互作用等基本原理在环境化学中的应用；了解主要有毒难降解污染物的环境行为及归趋模式；CompanyLogo教学要求3.掌握土壤主要的理化性质，重金属及氮、磷营养物质在土壤环境中的迁移、积累以及有机农药等污染物在土壤中的降解途径和持留，了解环境条件变化对污染物在土壤中迁移转化的影响。4.了解金属形态的生物有效性、污染物的微生物转化、化学物质的生物吸收和生物浓缩机理以及对人体健康的影响。5.了解化学物质在生物体内的转运和代谢，化学物质的联合作用以及化学物质引起致突变、致畸和致癌作用基本原理，利用有机物结构与致癌作用关系预测化学物质的致癌性等。CompanyLogo作业:１、造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占___。2、环境化学研究的对象是：

。3、环境中污染物的迁移主要有

、

和

三种方式。4、人为污染源可分为__、___、___、和___。5、如按环境变化的性质划分，环境效应可分为

、

、

三种。CompanyLogo１、属于环境化学效应的是

A热岛效应B温室效应C土壤的盐碱化D噪声2、五十年代日本出现的痛痛病是由____污染水体后引起的ACdBHgCPbDAs3、五十年代日本出现的水俣病是由___污染水体后引起的ACdBHgCPbDAsCompanyLogo参考书目1、

环境化学戴树桂主编高等教育出版社

1997年3月第一版2、环境化学何燧源金云云何方编著华东理工大学出版社2000年12月第三版3、

环境化学王晓蓉编著南京大学出版社

1993年11月第一版4、

环境化学教程邓南圣吴峰编著武汉大学出版社

2000年1月第一版5、EnvironmentalChemistry(seventhedition)SE.ManahanLewisPublishersCompanyLogo科学期刊

1.中国环境科学

2.环境科学

3.环境化学

4.环境科学学报CompanyLogo第一章大气环境化学大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影响等。CompanyLogo第一节天然大气和重要污染物基本要求：掌握天然大气的组成，大气主要层次的特点.掌握大气中自由基的来源及相互作用机制.了解大气重要污染物的源.了解温室效应、温室气体及其对大气环境的影响.CompanyLogo1.1大气的组成和停留时间一、大气的组成大气主要组分是氮和氧，其次是氩和CO2，此外还有一些稀有气体和CH4、SO2、NO2、CO、NH3和O3等，总和不超过0.1%。大气还含有0.1至5%的水，正常范围为1~3%，大气的总重量约为5500万亿吨，为地球重量的百万分之一。(r=6360km)粒径大于l0

m颗粒称为降尘;粒径小于l0

m的颗粒，称为飘尘。

CompanyLogo1.1大气的组成和停留时间二、大气组分的停留时间

各种化学反应、生物活动、放射性衰变及工业活动等不断产生气体投放至大气；又因化学反应、生物活动、物理过程及海洋、陆地吸收而不断迁出大气。

某组分在贮库中的总输入速度(FX)和总输出速度(Rx)是相等的，若假设x组分的贮量为Mx，则可由下式确定组分x在大气中的停留时间tX：

tX

=Mx/Rx=Mx/FX

CompanyLogo1.1大气的组成和停留时间惰性气体Ar、Ne、He、Kr和Xe停留时间都在107年以上，属于外循环气体。其次是参与生物、水、岩石等循环的生物循环气体N2(100万年)、O2(6000年)、H2(5年)、CO2(10年)、CH4(2~5年)、N2O(8~15年)、CO(1年)。大气中停留时间小于1年的气体，如H2O(10.1天)、O3(小于1天)、SO2(小于0.01年)、NH3(~1天)、NO和NO2(小于1月)等，它们在大气中的浓度变化比较明显。CompanyLogo1.2大气的主要层次大气划分为对流层、平流层、中（间）层和热层等若干层。此外，还有所谓散逸层，有时也划作一个层区。一、对流层18km特点：(1)气温随高度增加而降低。在不同地区、不同季节和不同高度，降低的数值并不相同。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)气体密度大。CompanyLogo1.2大气的主要层次二、平流层平流层内，随着高度的增高，气温保持不变或稍有上升，故又称同温层。特点：(1)大气稳定。(2)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。三、中间层从平流层顶到约80~85km间的一层称为中层。CompanyLogo1.2大气的主要层次四、热层

从80km到约500km称为热层。特点：(1)气温随高度增高而普遍上升，温度最高可升至1200℃。(2)空气处于高度电离状态。CompanyLogoCompanyLogo１.３大气主要污染物物理状态：气态污染物，颗粒污染物形成过程：一次污染物，二次污染物一次污染物：直接从污染源排放的污染物：ＣＯＮＯ，ＳＯ２

二次污染物：由一次污染物经化学反应形成的污染物质，如臭氧，硫酸盐颗粒还可按照化学组成分类：含硫污染物，含氮污染物，含碳污染物，含卤素污染物CompanyLogo１.３大气主要污染物一、含硫化合物

硫化合物主要包括硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐、硫酸盐和有机硫化合物等。其中最主要的是硫化氢、二氧化硫和硫酸盐。人类的活动，使大量硫化合物进入大气。CompanyLogo１.３大气主要污染物二、含氮化合物主要含氮化合物为N2O、NO、NO2、N2O5、NH3、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。1.N2ON2O是无色气体，称为“笑气”的麻醉剂可通过微生物的作用产生，是目前已知的温室气体之一，含量约为0.3ppm。N2O的催化循环反应，导致了臭氧的不断损耗。N2O天然源主要有海洋、土壤、淡水和雷电。人为源主要有氮肥、化石燃料燃烧及工业排放等。CompanyLogo１.３大气主要污染物2.NOx

无色无味的NO和刺激性的红棕色NO2均是大气中的重要污染物，通常用NOx表示。通过闪电、微生物固定及NH3的氧化等各种天然源和污染源进入大气。大气中的氮在高温下能氧化成一氧化氮，进而转化为二氧化氮。火山爆发和森林大火等都会产生氮氧化物。人为污染源是各种燃料在高温下的燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。

CompanyLogo１.３大气主要污染物三、含碳化合物

CO

CO是由含碳燃料的不完全燃烧而产生，或者是在内燃机的高温、高压的燃烧条件下产生.CO的天然源主要来自海洋中生物的作用、植物叶绿素的分解、森林中放出萜的氧化、森林大火以及大气中CH4的光化学氧化和CO2的光解等。放电作用引起云层中有机物的光氧化作用，二氧化碳的轻微解离作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生CO。

CompanyLogo１.３大气主要污染物CO2二氧化碳是一种无毒的温室气体，由于CO2的增加将引起温室效应的加剧，而导致全球气候变暖的重大影响。大气中CO2是自然存在的，可通过动物的呼吸排出CO2，植物体废弃物作为燃料燃烧或腐败而自然氧化时，均将产生CO2排入大气。甲烷在平流层中与OH自由基反应的最终产物为CO2。此外，海水中CO2比大气高60余倍，因此可以进行交换作用而排出CO2。CompanyLogo１.３大气主要污染物3、碳氢化合物碳氢化合物通常指C1~C8的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、炔烃、脂肪烃和芳香烃等，其中CH4是主要的碳氢化合物。碳氢化合物主要来自天然源，其次是植物排出的萜烯化合物。CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生。

CompanyLogo１.３大气主要污染物汽车废气排出的碳氢化合物主要可分为两类:烃类----甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等；醛类----甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等，此外还有少量多环芳烃和芳烃。CompanyLogo１.３大气主要污染物四、含卤素化合物CH3Cl、CH3Br、CH3I来自天然源，主要是来自海洋，其余含卤素化合物都是由于人类活动产生的。氟氯烃类(CFCs)化合物可用作冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、溶剂和塑料起泡剂等。CFCs在大气层中不是自然存在的，而完全是由人为产生的。CompanyLogo氟里昂freon几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。包括CCl3F（F-11）、CCl2F2（F-12）、CClF3（F-13）、CHCl2F（F-21）、CHClF2（F-22）、FCl2C－CClF2（F-113）、F2ClC－CClF2(F-114)、C2H4F2(F-152)、C2ClF5(F-115)、C2H3F3(F143)等等。以上氟里昂在常温下都是无色气体或易挥发液体，略有香味，低毒，化学性质稳定。其中最重要的是二氯二氟甲烷CCl2F2（F-12）。CompanyLogo氟里昂freon氟里昂主要用作制冷剂。它们的商业代号F表示氟代烃，第一个数字等于碳原子数减1（如果是零就省略），第二个数字等于氢原子数加1，第三个数字等于氟原子数目，氯原子数目不列。由于氟利昂可能破坏大气臭氧层，已限制使用。目前地球上已出现很多臭氧层漏洞，有些漏洞以超过非洲面积，其中很大的原因是因为氟利昂的化学物质。CompanyLogo温室气体和温室效应一、地球的热平衡

进入大气的太阳辐射约50%以直接方式或被云、颗粒物和气体散射的方式到达地球表面；另外的50%被直接反射回去或被大气吸收。地球表面能量返回大气由传导、对流和辐射三种能量传输机制来完成。CompanyLogo温室气体和温室效应二、温室气体和温室效应1.大气中发生的温室效应2.人为的温室效应增加大气中CO2等温室气体浓度，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。温室气体包括两类：一类在对流层混合均匀，如CO2、CH4、N2O和CFCs。另一类在对流层混合不均匀，如O3。CompanyLogo大气垂直递减率(AtmosphereLapseRate)随高度升高气温的降低率Γ=-dT/dz式中：T—绝对温度，K；

z—高度CompanyLogo二、辐射逆温层

(RadiationInversionLayer)

当Γ<0时，称为逆温气层。辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所形成。CompanyLogoThankYou!内蒙古农业大学第二章

大气环境化学

知识点：大气的结构、特点和大气稳定度，影响污染物迁移转化的因素，大气中污染物的产生、迁移和转化规律。重点：大气污染物的迁移和转化规律难点：光化学反应历程52大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影响等。53第1节大气的组成和结构第2节大气中污染物的迁移扩散第3节大气中污染物的转化第4节大气污染综合防治与管理54第1节大气的组成和结构一、大气的组成二、大气的结构三、大气污染和污染物四、辐射逆温层五、大气稳定度55大气：包围在地球表面并随着地球旋转的空气层，也称为大气圈或大气层。大气的重要性：地球上一切生命赖以生存的气体环境；吸收来自太阳和宇宙空间的大部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造适宜的温度环境。56一、大气的组成稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%、水（正常范围1-3%）大气的总重量约为5500万亿吨，为地球重量的百万分之一。(r=6360km)

78.0920.940.930.0350.0199.957成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气各成分的作用58二、大气组分的停留时间

某组分在贮库中的总输入速度(FX)和总输出速度(Rx)是相等的，若假设x组分的贮量为Mx，则可由下式确定组分x在大气中的停留时间τ

：

τ

=Mx/Rx=Mx/FX

59大气是一个流动体系和循环体系。气体组分的寿命少则几小时，多则达百万年以上。这与组分的性质、储量及迁出或循环的途径等有密切关系。化学反应生物活动水的活动放射性衰变工业活动输入速度组分的停留时间在大气中的储量输出速度化学反应生物活动等转化为其它物质产生消耗大气循环60CH4在对流层平均浓度c=1.55×10-6

，不随时间变化，又

F=R=1.5×1014（mol/a）求得停留时间为

τ==2.4a¾指对流层占总大气圈质量的比例，16相对分子量大气总质量5.14×1018kg61cs=1×10-9,FS=RS=200Tg/a(1Tg=1012g)τ==0.02a=7d结论：大气中S更替时间短，对F和R变化敏感。62非循环气体：稀有气体（107年以上）循环气体：以年计：O2（600年）、N2（100年）、H2（5年）、CO2（10年）、CO（1年）、CH4（2—5年）、N2O（8—15年）以天计：H2O（10.1天）、O3（0.25年）、

NH3（＜1天）、NO和NO2（＜1月）、H2S（＜1天）、SO2（＜0.01年）631.2大气的结构有关大气的一些数据地表大气平均压力：1个大气压（101325Pa），相当于1cm2地表上承受1034g的空气柱。地球总表面积：5.1×108km2。大气层没有明确的上限（顶），离地面800km的高空还有少量空气存在。大气层厚度一般为1000km。75%的大气质量在10km范围内，99%在30km范围内，而在100km以上的范围，空气质量仅为整个大气的百万分之一。64地球大气的区域划分按高度划分低层大气：从地面到大约50km高层大气：50km以上按均匀程度划分均质层：从地面到大约90km高空的大气区域物质组成相对均匀，在气体组成上变化较小；非均质层：大气上部区域的物质组成有较大的变化，在气体组成上有极大的变化。按照温度随高度变化和气流运动特点分类（是最常用的方法），大气温度层结。65大气温度层结大气温度层结和大气密度层结：静大气的温度和密度在垂直方向上的分布。

对流层（troposphere）

平流层（stratosphere）

中间层（mesosphere）

热层（thermosphere）

逸散层（escapelayer）

66ATMOSPHERESTRUCTURE&BULKCOMPOSITION

Pressureunits1atm=1.013x106gcm-1s-21mbar=103gcm-1s-21hPa=103gcm-1s-2IdealgaslawpV=

RgTp=(RgT)/MaSource:EnvironmentalScience,Cunningham,P.W.andB.W.Saigo,200167大气的垂直分层对流层平流层对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见。气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合上冷下热高空对流电离层高层大气电离层能反射无线电波，对无线电通讯有重要作用68范围：大气的底层，平均为0~12km。厚度：随纬度变化：赤道附近为16~18km，在中纬度地区为10~12km，两极附近为8~9km。随季节变化夏季较厚，冬季较薄。对流层（troposphere）69对流层（troposphere）特点：气温随高度升高而降低：

大气垂直递减率：随高度升高气温的降低率。表征大气的温度层结。

式中T――绝对温度，K；

z――高度。

在对流层中，dT/dz＜0，且Γ＝0.6K/100m，即每升高100m，温度降低0.6℃。70空气密度大：对流层的厚度是大气层厚度的1%，但却集中了大气总质量的3/4以上和几乎所有水蒸气。天气现象复杂多变：存在强烈的垂直对流作用和较大的水平运动。风、云、雨、雪、雾、雹、霜等主要天气现象与过程都发生在对流层中。

71平流层（stratosphere）范围：对流层顶（约12km）到55km的大气层为平流层。温度变化：25km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称为同温层。从25km开始，温度随高度升高而升高。72特点：大气层稳定，下部温度低，上部温度高：气流稳定，只随地球的自转运动。空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现云、雨等天气现象，透明度高。

在15~35km范围内，有厚约20km的臭氧层，保护地球。平流层（stratosphere）臭氧：具有吸收太阳短波紫外线的能力，吸收的辐射转化为分子内能，使平流层温度随高度升高，同时也防止地球生命遭受高能辐射的伤害，所以臭氧层是地球生命的保护伞。73中间层（mesosphere）范围：55~85km特点：温度随高度增加而降低，顶部达到极低值-92℃左右。因而下热上冷，空气垂直运动强烈。

在约60km的高空，受到阳光照射的大气分子开始电离，所以在60~80km之间是均质层转向非均质层的过渡层。

74热层（thermosphere）

范围：85km~800km，也称电离层。特点：温度随高度增加而迅速上升。顶部可达1000K以上。

大气分子比中间层更加稀薄。受宇宙射线和阳光紫外线的作用，大部分空气呈离子或自由电子的高度电离状态，所以热层又称为电离层。由于电离层能够反射无线电波，所以人类可能利用它进行远距离无线电通讯。75逸散层（escapelayer）800km以上的大气层，也称逸散层或逃逸层。特点：该层的温度随高度增加而略有升高。

空气极为稀薄。密度几乎与太空密度相同，所以又常称为外大气层。空气受地心引力极小，气体及微粒从该层飞出地球重力场而进入太空，逃逸层因此得名。该层可以看作是地球大气与外太空的交界区。76顶同温层过渡层大气密度大气层高度km大气圈垂直分层77臭氧（O3）来源：O2→

O+OO2+O→O3分布：原因：在上层大气中，紫外线强度很大，氧气分子多分离成氧原子。在较低层大气中，O2和O数量充足，为O3形成提供了物质条件，因而在距地面30千米处臭氧混合比最大，再通过下沉作用，在20—25千米处最多。在低层大气中由于，短波紫外辐射减弱，氧原子形成微弱，故臭氧比重减少。78791.3大气污染和污染物一、大气污染概念: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。80大气污染对大气性质的影响：1.降低能见度

2.形成雾及降水

3.减少太阳辐射

4.改变温度和风的分布81一、大气污染发生过程:大气环境污染源输入输出输入速率＞输出速率821.3大气污染和污染物二、大气污染源概念:向大气环境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。分类:按污染物质来源分：天然源和人为源。按污染源性状分：固定源和移动源。按污染物空间分布分：点源、线源和面源按污染物排放时间分：连续源、间断源和瞬时源。83污染源特点主要来源排放的污染物

天然源它和人为源相比产生的污染物较少，浓度较低，具有局部地区某段时间内可能形成严重影响的特点。

火山喷发二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、火山灰森林火灾一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物等自然尘风砂、土壤尘等森林植物释放萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫硫酸盐和亚硫酸盐

人为源移动源汽车和火车、飞机等,分布广泛分散,难于监测和治理。交通运输过程：现代化交通运输工具一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅等静止源静止源则包括工厂、焚化炉等不移动的污染源。静止源污染面积广，易于集中监测治理。燃料燃烧二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳工业生产过程二氧化硫、硫化氢等颗粒物、粉尘、氧化亚氮等

大气污染源农业活动排放：农药、化肥84三、大气污染物及大气污染类型大气污染物的概念指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。大气污染物的分类:从形成过程：一次、二次污染物从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物85大气颗粒物气溶胶aerosol体系:

大气是由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系。

分散体系：溶液、胶体和粗分散系统。气溶胶，固溶胶和液溶胶。大气环境是一个气溶胶系统，习惯上称为颗粒物。

86大气颗粒物是大气的一个组分。大气颗粒物参与大气降水过程。在清洁大气中，大气颗粒物很少而且无毒；在污染大气中，大气颗粒物也属于一种污染，并且其中大部分有毒。大气颗粒物是大气中一些污染物的载体或反应床。871、大气颗粒物的分类（按照物态及形成机制分类）粉尘（微尘、Dust）：固体；风吹扬尘，风沙。烟（烟气，Fume）：固体；熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐。灰（Ash）：固体；煤、木材燃烧产生的硅酸盐颗粒，煤粉燃烧产生的飞灰。雾（Fog）：液体；水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶，水平视程小于1km。88霭（Mist）：液体；称为轻雾，水平视程在1~2km之内，大气呈灰色。霾（Haze）：固体；水平视程小于2km，使大气混浊呈浅蓝色或微黄色。烟尘（熏烟，Smoke）：固体与液体；含碳物质（如煤炭）燃烧时产生的固体碳粒、水、焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物，如果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟尘。烟雾（Smog）：固体；泛指各种妨碍视程(能见度低于2km)的大气污染现象。89

2大气颗粒物的粒度

颗粒大小的界限很难划分，通常用空气动力学直径（Dp）描述。空气动力学等效直径（Dp）

在气流中，如果所研究的颗粒物（任意密度和形状）与一个单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的Dp。

90

Dp表示所研究的粒子有相同终端降落速度的密度为1的球体。

Dg—几何直径，

K—形状系数(球形K=1.0)ρp—忽略了浮力效应的粒密度

ρo—参考密度（ρo=1g/cm3）91大气颗粒物按粒径大小分类：飘尘：D＜10μm能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。降尘：D＞30μm的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地面的。总悬浮颗粒物(TSP)：D(粒径)在100μm以下，其中多数在10μm以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。可吸入颗粒物（InhalabteParticulatesIP）

Dp＜10µm指TSP中能用口鼻吸入的颗粒物气象报告中用PM10表示92大气颗粒物的三个模态

：爱根Aitken核模、积聚模和粗粒子模。爱根核模型：粒度：0.005~0.05

m。主要来源：燃烧过程所产生的一次颗粒物，或者由蒸汽凝结和光化学反应使气体经过成核作用而形成的颗粒。去除过程：易于相互碰撞凝结成大粒子而转入积聚模；或者在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。9394积聚模型：粒径：0.05~2

m。主要来源：由核模型颗粒凝聚或通过蒸汽凝结气而长大形成。去除：它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。粗粒模：粒径：大于2

m。主要来源：由机械粉碎过程形成的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等形成，也称为粗粒子。去除：主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。爱根核模和积聚模这两种颗粒物合称为细粒子(小于2

m)

。化学组分的区别：细颗粒（核模和积聚模）主要为SO42-、NH4+、NO3-、Pb和碳；粗颗粒为Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。细粒子与粗粒子之间一般不会相互转化。城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模。9596大气颗粒物的表面性质：成核作用、粘合和吸着。

成核作用是指过饱和蒸汽在颗粒物表面上凝结形成液滴的现象。粘合（或凝聚）是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。吸着（吸收和吸附）：气体或蒸气溶解在微粒中的现象称为吸收；气体或蒸气粘附在颗粒物表面上，则为吸附。通过化学作用而相互吸着，定义为化学吸附。

97

汇（sink）

干沉降：通过重力对颗粒物的作用，使它沉降，沉降的速率与颗粒物的粒径、密度、空气运动粘滞系数有关98通过重力对颗粒物的去除斯托克斯Stokes定律：

式中v——沉降速度，cm/s；

g——重力加速度，cm/s2；

Dp——粒子直径，cm；

1

，

2——颗粒及空气的密度，g/cm3；

——空气的粘度，Pa·s。沉降时间（滞留detain时间）：式中τ——沉降时间，s；

H——某种粒径粒子的最大高度，m。在5000m高空的粒子沉降到地面（不考虑风力等气象条件）：若粒径为1.0

m，需要3年11个半月的时间。若粒径为10

m，则仅需19天。

99不同粒径颗粒物的沉降速度颗粒直径（

m）沉降速度（cm/s）到达地面的时间0.18×10-513－98a14×10-32－13a100.34－9h100303－18min沉降对于去除空气中的大粒子是一个有效的途径100

湿沉降:

指降雨、雪使颗粒物在大气中消失的过程大气中消除颗粒物的量一般湿沉降占80－90％，而干沉降只有10－20％。雨除和冲刷101雨除过程：雨、雪形成：气溶胶粒子中的一部分细粒子（<0.1

m

）形成云的凝结核而成为云滴的中心——通过凝结过程和碰并过程，云滴增长形成雨滴（温度低于0℃时雪晶

）——雨滴或雪晶进一步长大形成雨或雪降落到地面上。雨除、雪除过程：<0.1

m的细粒子作为云的凝结存在在于雨滴或雪晶中；<0.05

m的细粒子粘附在云滴表面或溶解于云滴中。102冲刷过程：在降水过程中，雨滴或雪片不断地将大气中的微粒携带、溶解或冲刷下来，直接兼并气溶胶粒子。造成在降水过程中大气气溶胶的粗、细粒子含量发生变化。冲刷过程的效率随着粒子直径的增大而增大。雨滴可兼并粒径大于2

m的粒子。不论是雨除或冲刷，对粒径为2

m左右的颗粒物都没有明显的去除作用。因而，它们可以随气流被输送到几百公里甚至上千公里以外的地方去，造成大范围的污染。1034．大气颗粒物的化学组成

大气颗粒物的化学组成与其来源有关。

(无机颗粒物和有机颗粒物)无机颗粒物对于环境重要金属的天然源和人为源起制约作用的是颗粒物的粒度，重点是研究小于2

m的细颗粒物。104天然来源的无机颗粒物

：扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。火山爆发所喷出的火山灰，除主要由硅和氧组成的岩石粉末外，还含有锌、锑、硒、锰和铁等金属元素的化合物。海洋溅沫所释放出来的颗粒物，其成分主要有氯化钠粒子、硫酸盐粒子和一些含镁化合物。105人为源释放的无机颗粒物

：动力发电厂由于燃煤及石油而排放出来颗粒物，其成分除大量的烟尘外，还含有铍

、镍

、钒等的化合物。市政焚烧炉中排放出砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、镍、铅、锑、钛、钒和锌等化合物。汽车尾气中则含有大量的铅。不同粒径颗粒物的差异：粗粒子主要是土壤及污染源排放出来的尘粒，多是一次颗粒物，主要是由硅、铁、铝、钠、钙、镁、钛等元素组成。细粒子主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等。106有机颗粒物：大气中的有机物凝聚而形成，或有机物吸附在其他颗粒物表面而形成。种类繁多，结构复杂：烃类（烷烃、烯烃、芳香烃和多环芳香烃等），少量的亚硝胺、杂氮环化合物、环柄、酮醌类、酚类和有机酸等。

现已鉴定出在各类燃烧过程中产生的化合物有300多种。107多环芳烃108多环芳烃及其衍生物中很多具有致癌和致突变性。PAH几乎只在固相中发现。109

5.大气颗粒物对人体健康的影响大于10μm的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住，而小于10μm的飘尘却能长驱直入侵蚀肺泡，叫“可吸入粒子”。在可吸入微粒中80%可沉积于肺泡，且沉积时间可达数年之久，导致肺心病等一系列病变。110111颗粒物有固体的灰尘、烟尘、烟雾以及液体的云雾和雾滴，它们中一部分是致癌、致畸、致突变物质，并能被人体吸收而危害人体健康，另一方面，它们是有毒物质的载体，使一些气体污染物转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。112大气气溶胶对人体危害程度的决定因素有：颗粒物粒度、浓度和化学组成。颗粒物粒度越小比表面越大，含有的有毒化学物质的量越大，危害越大。113三、大气污染物及大气污染类型气状污染物含硫化合物主要指SO2和SO3、H2S。危害：温度大时，与水作用，是形成酸雨的主要来源。二氧化硫是一种无色的刺激性气体,腐蚀性很大，会严重刺激人的呼吸系统。二氧化硫破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。114②氮的氧化物NOX是NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等的总称，造成大气污染的NOX最主要是NO和NO2。来源：汽车尾气排放危害：1）氮氧化物可转化为硝酸，形成酸雨2）是形成光化学烟雾的重要物质3）是消耗臭氧的重要因子4）NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居民产生急性呼吸道病变的一种原因5）可腐蚀织物、材料、破坏染料，使它褪色6）危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎115③碳的氧化物CO：主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。CO2：是一种无毒的气体，是大气中的“正常”成分，主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中CO2浓度逐渐升高，每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而形成全球气候变化。116碳氢化合物(HC)HC是自然界中必不可少的物质，主要指烷烃、烯烃和芳香烃等具有挥发性的有机物，它们主要是由碳原子和氢原子组成。碳氢化合物主要来源于自然界植物分解，人为产生的量很小，但它们是形成光化学烟雾的重要物质。含卤素化合物主要指一些氟氯烃类物质，它们主要破坏臭氧层，引起温室效应。117大气污染类型

按污染物的性质分还原型(煤炭型)氧化型(汽车尾气型)按燃料性质和大气污染物的组成划分煤炭型：产生粉尘、二氧化硫、烟气等石油型：产生氮氧化物、烯烃等碳氢化合物混合型：有煤和石油的特殊型：磷肥厂氟污染118还原型(煤炭型)主要污染物：SO2、CO和颗粒物，在低温、高温阴天、小风、逆温情况下，在当地地形条件的影响下，被封盖在城市上空，造成对人体健康极大的危害，致使上千人死亡。类似这样的事件发生过多起，最典型的当属1952年12月发生在英国首都伦敦的SO2烟雾中毒事件。119伦敦烟雾事件120氧化型(汽车尾气型)污染物主要来自于汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。一次污染物主要为NOX和HC、生成的二次污染物为O3、醛类、酮类、过气乙酸硝酸脂。发生在光照强烈的热带、亚热带、8～9月中午或午后阳光强烈时。最典型的当属1965年前后的洛杉矶光化学烟雾。121被光化学氧化剂腐蚀的叶片

光化学氧化剂是臭氧、硝酸、醛类、酮类和及过氧乙酰基硝酸酯等多种物质的混合物，其中80%是臭氧，可刺激人的眼睛、喉咙，引起红眼、流泪、肝炎、肺气肿等。对植物、家畜、橡胶、染料等制品也造成危害。一方面臭氧具有杀菌作用，另一方面又是眼、喉和肺最危险刺激物之一。臭氧进入呼吸道后，与所接触器官迅速反应导致慢性肺疾病、肺气肿和右心衰竭。1221.4

辐射逆温层1、对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐射，故离地面越近气温越高；离地面越远气温越低。在对流层中，每升高100m气温降低0.6℃。123温度层结：气温沿高度分布的曲线。正常分布层结中性层结等温层结逆温利于扩散不利于扩散1242、一定条件下出现反常现象当Γ=0时，称为等温层；当Γ<0时，称为逆温层。这时气层稳定性强，对大气的垂直运动的发展起着阻碍作用。根据逆温形成的过程不同，可分为两种：近地面层的逆温自由大气的逆温辐射逆温平流逆温融雪逆温地形逆温乱流逆温下沉逆温锋面逆温125辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。这种逆温层多发生在距地面100-150m高度内。最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚。有云和有风都能减弱逆温。风速超过2-3m/s，逆温就不易形成。126危害：逆温阻碍了污染物的混合，使得污染物滞留和集聚。大气化学过程中易生成二次污染物的情况，如光化学烟雾。所以形成逆温时，易发生污染事件。127lnPCBETDFA下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。128

(a)正常温度层结(b)逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展(c)辐射达到最强时为黎明前(d)日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐渐消失(e)上午10时左右，逆温消失

这种逆温冬季最强，中纬度地区可达200－300m129辐射逆温也称为接地逆温，典型案例就是伦敦烟雾。130⑴、几个概念气块：宏观的微小容积绝热过程：无热量交换干过程：不发生水相变化的过程干绝热过程：无热量交换和质量变化，可逆3、气块的绝热过程和干绝热递减率131绝热上升过程：外界压力减小，气块对外做功，温度降低；绝热下降过程：外界压力增大，外界对气块作功，温度升高。

100m20℃21℃⑵、干气块的绝热过程132（3）干绝热垂直递减率（Γd）：干空气上升时温度降低值与上升高度的比：式中A――功热当量

Cpd――干空气的定压比热

g――重力加速度Γd=0.98℃/100m≈1℃/100m在g和Cpd不变的情况下，Γd是常数。133

对于上升干空气有如下关系：

T2=T0－Γd(z-z0)(z-z0)——上升高度差；T2——干空气达到高度z的温度；T0——起始高度z0处的温度。1341、4大气稳定度概念分类1351、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。1362、按照稳定度将大气分为：稳定的大气：当大气中某一气块在垂直方向上有一个小的位移，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>Γ0不稳定的大气：如果层结大气使气块趋于继续离开原来位置，则称层结是不稳定的，Γd<Γ0中性的大气：介于上两者之间，Γd=Γ0研究大气垂直递减率和干绝热递减率用于判断，气块稳定情况，气体垂直混合情况，考察污染物扩散情况。137

(1)avav

(2)

(3)a=0v处于不同平衡状态的小球不稳定稳定中性138未饱和空气三种不同稳定度ΓA＝0.8、ΓB=1.0、ΓC=1.2。气块C：不稳定状态。Γ越大，气块越不稳定；Γ越小，气块越稳定。气块B：平衡状态。

气块A：稳定状态。

139第二节大气中污染物的迁移扩散140一、影响大气污染物迁移的因素1、风和大气湍流的影响2、天气形势和地理形势的影响1411、风和大气湍流的影响A、影响污染物在大气中扩散的三个因素：风：气块规则运动时水平方向速度分量，使污染物向下风向扩散；湍流：使污染物向各个方向扩散；浓度梯度：使污染物发生质量扩散。三种作用中风和湍流起主导作用。142（一）大气水平运动受力气压梯度力地转偏向力惯性离心力摩擦力：内摩擦力（动力、阻力）外摩擦力（阻力）重力直接动力143全球大气水平运动太阳辐射大气压（高、低压）气压梯度力大气水平运动环流重力近地层地转偏向力风带144（二）大气湍流运动定义：大气的无规则运动分类：热力湍流：垂直方向上温度分布不均引起机械湍流：垂直方向上风速不均或地面粗糙引起145作用：强扩散能力湍流扩散理论梯度输送理论：分子扩散湍流统计理论：流体运动相似理论：与正态分布相似146B、摩擦层：具有乱流特征的气层，也称乱流混合层。底部与地面接触，顶以上的气层为自由大气。厚度1000到1500米之间，污染物主要在该层扩散。1、风和大气湍流的影响147摩擦层里存在两种乱流：动力乱流：也称为湍流，起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生的；热力乱流：又称对流，起因于地表面温度与地表面附近温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成对流。在摩擦层内，有时以动力乱流为主，有时动力乱流与热力乱流共存，且主次难分。这些都是大气污染物迁移的主要原因。两种形式的乱流常并存。148C、气体污染物的扩散很大程度取决于对流与混合的程度，垂直运动程度越大，用于稀释污染物的大气容积量也就越大。1、风和大气湍流的影响149

dv/dt=(T'-T)g/T

dv/dt——气块加速度

T'——受热气块温度T——大气温度

g——重力加速度由于受热气块温度较高，密度较小，从而促使气块上升。上升过程中气体温度下降并最终达到与外界气体温度一致，当受热气块会上升至T'=T时。气块与周围大气达到中性平衡，气块停止上升，这个高度定义为对流混合层上限，或称最大混合层高度。

150日变化夜间最大混合层高度较低，夜间逆温较重情况下，最大混合层高度甚至可以达到零；白天则升高，可能达到2000—3000m。季节性变化冬季平均最大混合层高度最小，夏初为最大。当最大混合层高度小于1500m时，城市会普遍出现污染现象。1512、天气形势和地理形势的影响A、天气形势：指大范围气压分布的状况，局部地区的气象条件总是受到天气形势的影响。如下沉逆温，使污染物长时间的积累在逆温层而不能扩散。B、地理形势：不同地形地面之间的物理性质差异引起热状况在水平方向上分布不均匀。这种热力差异在弱的天气系统条件下就有可能产生局地环流：海

陆风、城郊风和山谷风。152

形成机制：当高压区内某一层空气发生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及气层向水平方向辐射，其厚度减少（h’<h）。这样空气层顶部下沉的距离（l+h），要比底部下沉的距离（l+h’）大，所以顶部空气的增温要比底部多，从而形成逆温层。A、天气形势：下沉逆温由于空气下沉压缩增温形成的逆温称为下沉逆温。153B、地理形势：1）海陆风海风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海洋流向大陆而形成海风。陆风：夜间海水温度降低得较慢，海面的温度较陆地高，在海陆之间形成指向海洋的气压梯度，于是陆地上空的空气流向海洋，形成陆风。154Companyname

海陆风对空气污染的影响循环作用：如果污染源处在局地环流之中，污染物可能循环积累达到较高浓度。往返作用：在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物又会被发展起来的海风带回陆地。155热气流上升冷气流下降陆地海洋海风陆风白天夜晚表面温度高表面温度低表面温度高表面温度低海陆风156热气流上升冷气流下降陆地海洋海风白天表面温度高表面温度低陆风海陆风海风157热气流上升冷气流下降陆地海洋陆风夜晚表面温度高表面温度低海风海陆风陆风158Companyname

2）城郊风城市热岛效应：工业和生活中产生的大量的热能排放到大气中，造成市区的温度比郊区的温度高，这个现象称为城市热岛效应。

城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市流动，形成城郊环流，造成污染物在城市上空聚积，导致市区大气污染加重。159郊区冷空气热岛效应城市冷空气郊区城郊风城郊风（热岛环流）160Companyname

3）山谷风谷风：白天山坡上温度高，山谷温度低，谷底空气流向山坡形成谷风。山风：夜间山坡上温度下降快，山坡上温度较山谷温度低，山坡空气流向谷底形成山风。山谷风转换时往往造成严重空气污染。161山谷风白天：山风夜晚：谷风162山谷风：山风白天：山风163山谷风：谷风夜晚：谷风山风164165二、烟型性状大气状况发生情况地面污染情况从烟囱排出的烟流扩散的形状与大气的温度层结有密切的关系。可以作为判定大气稳定度的一种依据。翻卷型（波浪型）锥型平展型爬升型熏蒸型第二节大气中污染物的迁移扩散166波浪型γ＞γ

dZT锥型γ=γdZTZT平展型（出口在逆温层）烟流形状与大气稳定度的关系167ZTZT熏烟型排出口上方：γ＜0，排出口下方：γ＞γd爬升型排出口上方：γ＞γd，排出口下方：γ＜0烟流形状与大气稳定度的关系168第二节大气中污染物的迁移扩散三、大气中污染物扩散模式（一）有界条件下的大气扩散模式坐标系：x轴与平均风向一致，y轴在水平面上与风向垂直，z轴指向天顶的直角坐标系。169第二节大气中污染物的迁移扩散（一）有界条件下的大气扩散模式高斯模式的四点假设污染物在空间yoz平面中按高斯分布(正态分布)，在x方向只考虑迁移，不考虑扩散；在整个空间中风速是均匀、稳定的，风速大于lm／s；源强是连续均匀的；在扩散过程中污染物质量是守衡的。170高斯模式的坐标系和基本假设图示171高架连续点源的高斯模式HHsHsPC(x,y,z)像源H考虑地面对扩散的影响，用”像源法”来处理172高架连续点源的高斯模式

173高架连续点源的高斯模式

174第二节大气中污染物的迁移扩散（二）几种常用的大气扩散模式高架连续点源地面上任一点浓度z=0地面轴线浓度，z=0且y=0地面轴线最大浓度，即对上式求最大值175δy和δz都随x增加而增加，上式第一项随x增大而减小，第二项则随x增大而增大，必然存在最大值。假定横向和负起向的扩散参数随X增大而增大的倍数相同，即δy/δz＝K，则上式变为：当偏数为0时，出现最大浓度值。地面轴线最大浓度

176得：此时地面轴线最大浓度

177第二节大气中污染物的迁移扩散地面连续点源任一点浓度，H＝0地面浓度，H=0且z=0地面轴线，H=0，z=0且y=0178高斯模式的浓度扩散公式汇总地面轴线上点C(x,0,0)地面点C(x,y,0)任一点C(x,y,z)地面连续点源高架连续点源179第二节大气中污染物的迁移扩散地面连续点源源点浓度比较地面最大浓度值位置比较地面浓度分布比较180第二节大气中污染物的迁移扩散4.有效源高HeHe=Hs+△H烟流抬升高度△H的确定是计算有效源高的关键。热烟流从烟囱出口喷出多大体经过四个阶段：烟流的喷出阶段、浮升阶段、瓦解阶段和变平阶段。产生烟流抬升的原因有两个:一是烟囱出口处的烟流具有一定的初始动量，二是由于烟流温度高于周围空气温度而产生的净浮力。181第二节大气中污染物的迁移扩散有效源高He影响烟气初始动量和浮力的因素很多，归结为四种。烟气本身的热力性质烟气本身的动力性质气象条件近地层下垫面状况182第二节大气中污染物的迁移扩散4.有效源高He烟气抬升高度计算式：

霍兰德(Holland)公式上式中：Vs——烟囱口处的排烟速度

D——烟囱排出口的内径

Qh——烟气热释放率

u——烟囱口高度上的平均风速

Qm——烟气排放质量速率

Cp——恒压烟气的热容

Ts——烟气出口温度；Ta——大气温度。183第二节大气中污染物的迁移扩散4.有效源高He增加烟气上升高度的途径：提高排烟温度，以增加烟气的浮力增加烟气的喷出速度，增加初始动量增加排出的烟气量，对惯性力和浮升力都有帮助184第二节大气中污染物的迁移扩散四、扩散参数的确定（一）帕斯奎尔扩散曲线法根据常规气象资料确定大气稳定度级别根据云量、云状、日照和风速，查表2-14A－极不稳定，B－不稳定，C－弱不稳定，D－中性，E－弱稳定，F－稳定利用扩散曲线确定扩散参数曲线不如表准确，如中性稳定度下风向10公里处的扩散参数值185第二节大气中污染物的迁移扩散四、扩散参数的确定（二）我国扩散参数取用原则平原农村地区及城市远郊区：ABC直接查表，DEF向不稳定方向提高半级工业区：AB直接查，C提一级，DEF提一级半非工业区的城区：AB直接查，C提半级，DEF提一级丘陵山区的农村和城市：AB直接查，C提一级，DEF提一级半，等同于工业区。186第三节大气中污染物的转化

大气中污染物的转化是污染物在大气中经过化学反应，如光解、氧化还原、酸碱中和以及聚合等反应，转化成无毒化合物，从而去除了污染或者转化成为毒性更大的二次污染物，加重污染。

187一、光化学反应基础1、光化学反应：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。

前提：光辐射吸光物质（分子、原子、自由基）化学物种吸收光量子后可产生光化学反应的初级过程和次级过程。

能量来源载体188（一）