大气中污染物的迁移课件

模块二大气环境化学学习目标

掌握：大气污染物发生的迁移、转化过程；污染物参与程和机理了解：大气的层结结构、大气污染物及大气运动基本规律；描述大气污染的数学模式；酸雨、温室效应及臭氧层破坏主要内容工业城市污染案例及分析大气污染物室内环境污染物

第二节大气中污染物的迁移污染物在大气中的迁移是指由污染源排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。迁移过程可使污染物浓度降低。大气圈中空气的运动主要是由于温度差异引起的。本节要点辐射逆温层气块的绝热过程和干绝热递减率大气稳定度影响大气污染物迁移的因素★

在对流层中，气温一般是随高度增加而降低。但在一定条件下会出现反常现象。★大气垂直递减率：随高度升高气温的降低率，通常用下式表示：

Г=-dT/dz式中：T：绝对温度，K；z：高度。在对流层中，平均dT/dz<0且Г＝0.6K/100m。大气的温度层结对流层中，正常Г＞01辐射逆温层这可由Г的变化情况来判断。当Г＝0时，称为等温气层；当Г<0时，称为逆温气层。例如：在山区，山峰上方，日光照射，上面的空气热，下面冷，就形成逆温层。逆温现象经常发生在较低气层中，这种气层稳定性特强，对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用，不利于污染物的扩散。

逆温层的形成原因主要有以下几种：一是地面辐射冷却；二是空气平流冷却；三是空气下沉增温；四是空气的乱流混合；五是锋面上形成的逆温。按形成的原因不同，将逆温层可分为辐射逆温层、平流逆温层、下沉逆温层、锋面逆温层和乱流逆温层。

夜晚，地面向大气辐射白天吸收的热量而逐渐冷却，近地面的气温随之降低。离地愈近，气温冷却愈快，离地愈远的空气受地面影响愈弱，降温愈慢，形成自地面开始的辐射逆温。辐射逆温随着地面的冷却逐渐向上扩展，到日出前逆温充分发展。日出后，地面吸收太阳的辐射逐渐升温，逆温层又逐渐自下而上消失。到上午九点钟左右，逆温全部消失。出现逆温时，好像一个盖子阻碍它下面的污染物质扩散，对大气污染扩散影响极大，因此许多大气污染事件都发生在具有逆温层与静风的气象条件下。

当一团干空气或未饱和的湿空气与外界没有任何热量交换，做升降运动，且气块内没有任何水相变化时的温度变化过程叫干绝热过程。★2气块的绝热过程和干绝热递减率T1、T2：分别为绝热过程起始和终结的温度；P1、P2：分别为绝热过程起始和终结的压力；A：功热当量；Rd：干热过程的状态常数；Cpd：干空气的定压比热；0.286称为泊松常数。

泊松方程T2＝T0-Гd（Z-Z0）式中：（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。利用干绝热递减率，对于上升的空气得到：注意：原因：气温垂直递减率是大气温度随着距离地面越来越远得到的热量越来越少。1℃/100m异同干绝热垂直递减率气温垂直递减率干绝热垂直递减率是干空气在绝热上升或绝热下降运动过程中由于做功气块本身的温度变化★

3大气稳定度大气稳定度对污染物在大气中的扩散有很大影响。大气越不稳定，污染物的扩散速率就越快；反之，则越慢。

一团空气受到某种外力作用而产生上升或者下降运动，当运动到某一位置时消除外力，此后气团的运动可能出现三种情况：①气团仍然继续加速向前运动，这时的大气称为不稳定大气；②气团不加速也不减速而作匀速运动，或趋向停留在外力去除时所处的位置，这时的大气称为中性大气；③气团逐渐减速并有返回原先高度的趋势，这时的大气称为稳定大气。判断方法：若Г＜Гd表明大气是稳定的；

若Г＞Гd表明大气是不稳定的；

若Г＝Гd表明大气处于平衡状态。24ºC24ºC25ºC25ºC26ºC26ºCгd=г24ºC24.2ºC25ºC25ºC26ºC25.8ºC24ºC25ºC25ºC26ºC26.2ºC0.8=г<гd=1г=1.2

>(гd=1)返回原地—稳定300m200m100m远离原地平衡状态23.8ºCABC空气的机械运动，如风和湍流大气稳定度天气形势和地理地势造成的逆温现象污染源本身的特性★4

影响大气污染物迁移的因素污染物在大气中的扩散取决于三个因素：①风可使污染物向下风向扩散；②湍流可使污染物向各方向扩散；③浓度梯度可使污染物发生质量扩散。其中风和湍流起主导作用。1）风和大气湍流的影响（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；

（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。★2）大气稳定度的影响

大气稳定度随着气温层结的分布而变化，是直接影响大气污染物扩散的极重要因素。大气越不稳定，污染物的扩散速率就越快；反之，则越慢。

当近地面的大气处于不稳定状态时，由于上部气温低而密度大，下部气温高而密度小，两者之间形成的密度差导致空气在竖直方向产生强烈的对流，使得烟流迅速扩散。大气处于逆温层结的稳定状态时，将抑制空气的上下扩散，使得排向大气的各种污染物质因此而在局部地区大量聚积。当污染物的浓度增大到一定程度并在局部地区停留足够长的时间，就可能造成大气污染。

天气形势是指大范围气压分布的状况，局部地区的气象条件总是受天气形势的影响。不利的天气形势和地形特征结合在一起可使某一地区的污染程度加重。3）天气形势和地理地势的影响（1）海陆风

白天，陆地升温快，近地层陆地上空的气温高，空气密度小而上升，因此产生水平气压梯度，低层气压低于海上，于是下层空气从海面上流向陆地，称为海风；而陆地高层空间的气压高于海上，气流由陆地流向海洋，从而在这一区域形成空气的闭合环流。夜间，陆地温降又比海洋快，近地气层的气温低于海面上的气温，形成了高于海面上的气压，于是下层空气从陆地流向海上，称为陆风，并与高空的逆向气流形成闭合环流。海陆风对空气污染的影响①循环作用如果污染源处于居地环流之中，污染物就可能循环累积达到较高的浓度。直接排入上层反向气流的污染物，有一部分也会随环流重新带回地面，提高了下层上风向的浓度；②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。海风发展侵入陆地时，下层海风的温度低，陆地上层气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，阻碍了烟气向上扩散，造成封闭性和漫烟型污染。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，于是形成城郊环流。在这种环流作用下，城市本身排放的烟尘等污染物聚积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。（2）城郊风市区郊区郊区AABB

白天受热的山坡把热量传递给其上面的空气，这部分空气比同高度的谷中空气温度高，比重轻，于是就产生上升气流。同时谷底中的冷空气沿坡爬升补充，形成由谷底流向山坡的气流称为谷风。

夜间山坡上的空