第五章 水体环境(二)新.ppt.Convertor.doc

哈尔滨师范大学地理系张思冲第五章 大气环境（二）第四节 影响 大气污染的因素一、影响大气污染的气象因素影响大气扩散能力的主要因素有两个方面；一为气象的动力因子，一为气象的热力因子。1气象的动力因子气象动力因子主要是指风和湍流，风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性作用。（1）风空气的水平运动称为风。风在不同时刻有着相应的风向和风速。污染物从污染源排入大气后就沿着风向运动。风不仅对污染物起着输送的作用，而且还起着扩散和稀释的作用。风对污染物的扩散有两个作用 风向决定了污染物迁移运动的方向。污染物总是由上风向输送到下风向，在污染物的下风向，污染总要重些。 整体的输送作用对污染物的冲淡稀释作用风速越大，单位时间内与烟气混合的清洁空气量就越大，冲淡稀释作用就越好。 (2) 大气湍流 大气湍流是指大气以不同的尺度作无规则运动的流体状态。大气污染物的扩散，主要是靠大气湍流的作用。2气象的热力因子气象的热力因子主要指大气的温度层结及大气稳定度等。（1）温度层结与逆温温度层结是指在地球表面上方大气的温度随高度变化的情况，或者说是在垂直地球表面方向上的气温分布。气温随高度的变化气温垂直递减率对于标准大气来说，整个对流层的气温垂直递减率平均值为0.65100米。 0 气温随高度递减 0 气温随高度无变化 0 气温随高度递增逆温大气温度层结的判断近地层大气垂直稳定度可简单用下述方法来判断：当0时，即大气的垂直温度随高度增高而降低时，大气为不稳定状态。当0时，即大气的垂直温度随高度增高而增加时，呈现出逆温，这时大气是稳定的。当0时，温度不随高度而变化，可认为大气是处于中性状态。探空仪即将拖放 701雷达待命工作测风气球1）辐射性逆温在晴朗无风的夜间，地面强烈的辐射使地面和近地面的大气层迅速降温，而上层大气降温较慢，因而出现辐射逆温。2）沉降性逆温在近地面上方有大规模下降的高压气团向周围低气压区流动而形成的。3）锋面逆温这是冷、热两种气团相遇时，暖气团位于冷气团之上而形成的。4）地形逆温当日落进入夜晚时，由于山坡散热较快，使坡面上的大气温度比谷地中大气温度低，这种冷空气就沿斜坡下沉，使谷地中温度较高的暖空气抬升，形成了逆温。（2）大气稳定度大气某一高度的气团在垂直方向上稳定的程度，叫做大气稳定度。假想在大气中割取出一块与外界绝热密闭的气团，当气团受到某种气象因素的扰动时，产生向上或向下运动。如果它自起点移动一段距离后，又有返回到原来位置的趋势，这时的大气是稳定的。大气稳定度是空气团在铅直方向稳定程度的一种度量。该气团继续运动的趋势，将存在着三种可能的情况。a 该气团的运动速度逐渐减小，并有返回原来高度的趋势。这种情况表明此时的气层对该气团是稳定的。b 该气团仍继续上升或下降，并且速度不断增加，运动的结果是气团逐渐远离原来的高度。这表明此时的气层是不稳定的。c 气团被推到某一高度就停留在那一高度保持不动，这表明该气层是中性的。空气团在大气中的升降过程可看作为绝热过程，气团在大气中作绝热上升或下降时的温度变化情况，用干绝热递减率来描述，d1100m。1）大气稳定度的判断大气稳定度用气温垂直递减率（）与干绝热递减率（d）的对比进行判别：当d时，大气处于不稳定状态；当=d时，气层是中性的；当d时，大气则处于稳定状态。2）大气污染与大气稳定度的关系大气的污染状况与大气稳定度有着密切的关系。一个高架源连续排放烟云有5种类型：A、波浪型又称蛇型。此时大气状况为d，大气处于不稳定状态。由于对流强烈，污染物扩散快.B、锥型烟气沿主导风向呈锥形流动，这种烟型扩散速度比波浪型低，大气状况为=d，处于中性或弱稳定状态，污染距离长。C、扇型又称平展型。在垂直方向上烟流扩散很小，沿水平方向缓慢扩散，烟流从烟源处呈扇形展开。此时的大气状况为d，即在烟源出口的一层大气处于逆温，这种烟云对地面污染较轻，且可传送到较远的地方。D、屋脊型又称爬升型，排出的烟流呈屋脊形扩散。在排烟出口上方d，大气处于不稳定状态；排烟口下方d，大气处于稳定状态，气层为逆温层，因此，排出的烟流只能向上扩散，而不能向下扩散。这种烟型对地面不会造成很大的污染。E、漫烟型又称熏蒸型。此时排出口上方仍存在逆温d，大气稳定，犹如上面盖了一层顶盖，阻止了烟气的向上扩散；而排出口下方，d，大气不稳定，造成烟气大量下沉，发生熏烟情况。对下风向的附近地面会造成强烈的污染。3、辐射和云二、影响大气污染的地理因素1地形 和地物的影响2山谷风山谷风在山区最为常见，它主要是由于山坡和谷地受热不均而产生的。如图2-14所示。白天谷风,夜间山风。在山风与谷风的转换期，风向是不稳定的，这时若有大量污染物排入山谷中，污染物往返积累,不易扩散，在山谷中停留时间长，能造成严重的污染。资料山西临汾由于当地煤焦企业大量排放烟尘颗粒及化学物质造成严重污染，被称作“中国污染第一城”。2006年10月，临汾作为中国惟一的高污染城市代表被美国一研究机构列入2006世界10大污染地区。“宁可被毒死，也不要饿死”成为某些官员为官之道。二十多年前，临汾曾因环境优美被国家相关部门评为“花果城”。临汾四面环山，空气流通比较困难，一年的静风率便达到了48，尤其是进入冬季，大量污染物都聚集在盆地当中。孩子几乎没有看到过临汾城上空的星星.3海陆风它发生在海陆交界地带，白天海风,夜晚陆风,是以24小时为周期的局地环流。海陆风示意图4城市热岛环流城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风。产生城乡温度差异的主要原因是：（1）城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；（2）城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等）白天吸收太阳辐射热，夜间放热，使低层空气变暖；（3）城市上空笼罩着一层烟雾和CO2，使地面有效辐射减弱。由于城市温度经常比农村高（特别是夜间），气压比乡村低，所以可以形成一种从周围农村吹向城市市区的特殊的局地风，称为城市热岛环流或城市风。城市热岛效应示意图三、影响大气污染的其他因素第五节 人类活动对大气圈的影响一、温室效应（一）定义人类活动强烈地改变着地球大气的组成，排放出的多种气体中，有许多能够吸收红外辐射，随着吸收热能的气体浓度增加，地球平均气温会逐步上升，这种现象称为温室效应。最引人注意的是二氧化碳的作用。5-3. 温室气体：释放到大气中的二氧化碳主要来源于人类活动和自然界。人类活动释放的二氧化碳主要来自矿物燃料的燃烧和土地利用，尤其是森林砍伐和垦荒种田，减少了植物生物量的总量，引起大量二氧化碳释放到大气中去。大气中各种气体浓度增加后的温室效应（二）气候变暖的危害1、海平面升高，将直接威胁到沿海国家以及 30 多个海岛国家的生存和发展。2、使永冻土融化消失，并发生大面积的热融下沉与斜坡热融坍塌。3、使半干旱的热带地方变得更加干旱。4、危害自然生态系统，又威胁人类的食物供应和居住环境。 资料由于温室效应造成海平面上升，大洋洲岛国图瓦卢的居民从2002年起将被迫举国搬迁。 由于抵挡不了日渐上升的海水，他们将迫不得已舍弃家园。” （三）防治温室效应的对策 1、控制二氧化碳气体向大气中排放；2、自大气中消除超量的二氧化碳气体；3、减弱到达地球的太阳光强度；4、研究制定适应气候变化的措施与规划5、加强国际合作，缔结国际公约。联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约（United Nations Framework Convention on Climate Change，简称框架公约) 于年月日在巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过。根据公约规定，每年举行一次部长级会议。年月份在海牙召开的第六次缔约方大会期间，世界上最大的温室气体排放国美国坚持要大幅度折扣它的减排指标，因而使会议陷入僵局，大会主办者不得不宣布休会。联合国气候变化框架公约是全球第一个全面控制二氧化碳等温室气体排放量的国际公约，于1994年正式生效，但公约没有规定具体的温室气体减排义务。于是附属于该公约、控制全球温室气体排放量的京都议定书于1997年问世。年月，在日本通过了旨在限制发达国家温室气体排放量的京都议定书。 经过国际社会多年的共同努力，联合国气候变化框架公约缔约国签订的京都议定书终于将在2005年2月16日正式生效，这标志着人类对环境的保护又迈进了一大步。它被公认为是国际环境外交的里程碑，是第一个具有法律约束力的旨在防止全球变暖而要求减少温室气体排放的条约。”中国是该公约第37个签约国，于1998年5月29日签署。 从总量上看，目前我国二氧化碳排放量已位居世界第二，甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放量也居世界前列。然而，虽然根据“共同但有区别的责任”原则，京都议定书只为“附件I国家”规定了具体减排义务。但由于发展中国家温室气体排放数量的快速增长，发达国家要求发展中国家参与温室气体减排或限排承诺的压力与日俱增。如果我国长期不承担温室气体控制义务，我国在参与联合国气候变化框架公约活动中遭受的压力将会越来越大，如处置不当，有可能影响我国的国际形象和地位。美国拒绝批准京都议定书的借口之一，就是议定书没有规定中国、印度、巴西等主要发展中国家承担温室气体减排义务。目前全球已有141个国家和地区签署议定书，其中包括30个工业化国家。年，美国总统布什刚开始第一任期就宣布美国退出京都议定书，理由是议定书对美国经济发展带来过重负担。布什还对二氧化碳等气体的温室效应表示怀疑。澳大利亚2007年12月3日已经签署。同时也让美国成为唯一没有签署京都议定书的世界主要工业发达国家。资料这一议定书需要占年全球温室气体排放量以上的至少个国家和地区核准之后才能生效。此前，虽有个国家和地区批准了该议定书，但它们的排放总量离议定书的要求仍有差距。自美国于年宣布退出京都议定书后，年温室气体排放量占世界总量.的俄罗斯态度如何，被认为对议定书能否生效起着关键作用。但俄国内对批准京都议定书一直存在激烈争论。反对者认为京都议定书缺乏科学依据，俄批准京都议定书会妨碍本国经济的发展。但支持者认为批准议定书并不妨碍经济的发展，相反，批准议定书可以使俄罗斯向欧洲、日本等国家大量出售多余的排放配额，并吸引外国投资，给本国经济发展带来良好机遇。温室气体排放大国美国退出议定书使俄罗斯批准与否关系到议定书能否生效的问题。普京于2004年12月4日簽署了该协议 .二、酸雨酸雨是PH值5.6的酸性降水。80年代以前“ACID RAIN”和“ACID PRECIPITATION”这两个名词只是生态学和大气化学的某些领域的科学家所使用的术语，最近几年来，在世界许多国家和地区已经变成了使人忧虑的家喻户晓的名词。（一）全球环境酸化状况在北欧、西欧、美国东北部以及加拿大等广大地区，酸雨已成为大气污染的主要特征。在亚洲、日本和中国也出现不同程度的酸雨危害，有些地区pH值降低的趋势，已接近欧美的污染值。(二)中国酸雨的空间分布特点:1、降水pH值的空间分布的总趋势与中国自然环境分异状况很吻合：2、半干旱和干旱地区降水的pH值都在7.0以上；3、秦岭淮河以北，绝大部分属半湿润地区，其降水pH值一般为7.0左右；4、秦岭淮河以南的降水pH值普偏小于5.0，是酸雨区。其中西自四川峨嵋山、重庆、金佛山、贵州遵义、广西柳州形成一条突出的酸雨带，酸雨频率均在80以上5、我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。（三）酸雨形成的机制。一般认为，酸雨是由SO2、NOx和氯化物等大气污染物，在一定条件下通过化学反应而生成H2SO4、HNO3和HCl并随雨、雪等降落到地面。酸雨的主要成分是H2SO4和HNO3，它们占酸雨总酸量的90以上。酸雨中H2SO4与HNO3之比，在发达国家与地区，酸雨中H2SO4与HNO3之比一般为32，我国为101。世界化石燃料燃烧排放的二氧化硫世界化石燃料燃烧排放的氮氧化物资料：由于酸雨在欧洲和北美已造成了越境污染，因此，在研究酸雨形成机理以及防治措施时，有关国家进行了国际间的合作。1983年6月710日召开的有23个国家代表出席的联合国欧洲经济委员会，会上制定了长距离超越国界空气污染条约。控制酸雨越境污染的远程跨国界大气污染公约 1985年的控制二氧化硫赫尔辛基议定书、 1988年控制氮氧化物的索非亚议定书。（四）酸雨的危害酸雨对环境和人类的影响是多方面的。天然降雨具弱酸性，可溶解适量的地壳矿物质供植物吸收，这对生态环境是有利的。但如果酸性过强，就会给生态环境带来种种危害。（1）对水生生态系统的危害（2）对陆生生态系统的危害（3）对建筑材料和古迹的危害（4）引起国际争端（五）控制酸雨污染的主要途径1对原煤进行洗选加工，减少煤炭中的硫含量；2优先开发和使用各种低硫燃料，如低硫煤和天然气；3改进燃烧技术，减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量：4采用烟气脱硫装置，脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物；5改进汽车发动机技术，安装尾气净化装置，减少氮氧化物的排放。三、臭氧层破坏（一）臭氧层和臭氧洞臭氧层存在大气的平流层中，浓度最大值通常出现在2225公里的高度，臭氧层是法国科学家法布里20世纪初发现的。1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，并证实其同氟利昂（CFCs）分解产生的氯原子有直接关系。这一消息震惊了全世界。这幅由美国航空航天局提供的影像中，南极上空的臭氧层空洞就像一个巨大的蓝色水滴。美国航空航天局的科学家2000年9月8日宣布，南极上空2000年9月3日的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里。（二）臭氧层破坏的原因南极臭氧洞的出现有多种不同的解释，比较认同:美国科学家莫里纳（Molina） 和罗兰（Rowland） 提出，人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶，最典型的是氟氯碳化合物（CFCs，俗称氟里昂）和含溴化合物哈龙（Halons）。氯氟烃是一类化学性质稳定的人工物质 ，在大气对流层中不易分解，寿命可长达几十年甚至上百年。但它进人平流层后，受到强烈的紫外线照射，就会分解产生 氯游离基和氧化氯游离基 32 32 32世界气象组织认为，溴比氯 对整个平流层中臭氧的催化破坏作用可能更大。r3r 2r3r2 小资料： 为什么主要在北半球中纬度地区排放的对南极地区臭氧的破坏最大？ 在南极地区，每年月月盛行很强的南极环极涡旋，它经常把冷气团阻塞在南极达几个星期，使南极平流层极冷（一以下），因而形成了平流层冰晶云。实验证明，在这种特定的条件下，破坏臭氧的两个过程（即32和2）将因原子氯的活性大大增加而变得更为有效，这就使南极春天平流层臭氧浓度大幅度下降。 在北极地区，虽然也存在环极涡旋，但其强度较弱，且持续时间较短，不能有效地阻止极地气团与中纬度气团的交换，再加上气体交换造成的臭氧向极区输送便使北极臭氧洞不像南极明显。 世界消耗臭氧物质产量（三）臭氧层破坏的危害1、由于臭氧层的破坏，太阳紫外线中以往极少能到达地面的短波紫外线也将增加，使得皮肤病和白内障患者将会增加。2、敏感的物种生长缓慢，损伤植物激素和叶绿素。 （四）保护臭氧层的措施1、使用新能源 2、废止氟里昂的使用 3、缔结各种国际公约 年，通过了臭氧层行动世界计划，并成立“国际臭氧层协调委员会”。 年和年分别签署了保护臭氧层维也纳公约和消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。议定书最初的控制时间表是分阶段地减少特定氟利昂的生产和消费量。到世纪末减至年水平的一半。 1990年月在伦敦召开的蒙特利尔议定书缔约国会议上，对原议定书进行了大幅度强化控制的修改，提出到2000年要全面禁止特定氟利昂的使用。年在维也纳公约签署的周年之际，多个国家参加的维也纳 臭氧层国际会议规定，将发达国家全面停止使用的期限提前到年；发展中国家则在年冻结使用，年淘汰。我国于1992年加入了蒙特利尔议定书，并制订了中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案。 年月日联合国大会决定，每年的月日为国际保护臭氧层日(International Ozone Layer Protection Day)，要求所有缔约国按照关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书及其修正案的目标，采取具体行动纪念这个日子。年国际保护臭氧层日的主题是：“保护天空，保护臭氧层”，年的主题是：“拯救我们的天空：保护你自己；保护臭氧层”，年的主题是：“拯救蓝天，保护臭氧层：善待我们共同拥有的星球”。消耗臭氧层物质消费趋势2000年：2800万平方公里2001年：2500万平方公里第六节 大气污染的控制一、主要大气污染物控制技术（一）烟尘控制技术1干式机械除尘装置不用水或其他液体作润湿剂，仅利用重力、惯性力及离心力等沉降作用去除气体中粉尘粒子的装置称为干式机械除尘装置。（1）沉降室除尘使含尘气体中的粉尘粒子借助重力作用而达到除尘目的的一种除尘装置。（2）旋风除尘器这是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。多管旋风除尘器制品旋风除尘器2过滤式除尘