第一章 绪论康娜ppt课件.ppt

空气污染气象学 大气物理系 课程介绍 研究大气环境中由自然因子及人为因子支配构成的大气污染系统的基本特征和变化规律运用气象学方法研究空气污染物自排放源进入大气层后的散布规律 其核心是大气输送与扩散 通过本课程学习 希望能够使学生掌握空气污染扩散输送的基本概念 基本理论 为将来从事天气 气候 空气污染 环境工程 生态环境等研究工作打下基础 天气 气候 气溶胶的直接辐射效应 间接效应 对成云致雨的影响 温室气体的温室效应环境保护 环保局 环境科学研究所 电力部门 核工程部门等等城市规划 最优选址等生态效应 全球生态环境 课程内容 第一章概述第二章气象条件对空气污染的影响第三章空气污染散布的基本理论处理第四章理想条件下空气污染物散布的处理第五章城市与区域大气扩散 参考书目 蒋维楣等编著 空气污染气象学教程 第二版 气象出版社 2004蒋维楣主编 空气污染气象学南京大学出版社 2003唐永銮等编著 大气环境学 中山大学出版社 1988程胜高张聪辰等著 环境影响评价与环境规划 中国环境科学出版社 1999盛裴轩等 大气物理学 北京大学出版社 2003 F Pasquilletal Atmosphericdiffusion 3rdedition 1983S R Hannaetal HandbookonAtmosphericDiffusion 3rdEdition 1982 课程安排 平时成绩 20 点名 作业 2 3次 提问 报告考试 闭 开卷 80 第一章概述 1 1空气污染问题 1 2空气污染气象学研究 1 1空气污染问题 1 1 1空气污染什么是空气污染由于人为或者自然的因素 使大气组成的成分 结构和状态发生变化 与原本情况相比 增加了有害物质 使环境空气质量恶化 扰乱并破坏了人类正常的生活环境和生态系统 洁净大气氮 氧 氩 二氧化碳 水汽 悬浮物 微量气体成分等 组成成分及比例基本保持不变 大气环境容量在自然净化能力之内所允许的污染物排放量 把满足一定环境目标的污染物排放量定位允许排放总量 既发展生产 又保护环境 书P1图1 1 1 1 2空气污染物及其浓度 看书 理解 掌握 空气污染物 100多种 以各种方式排放进入大气层 并且有可能对人和生物 建筑材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质 一次污染物 原始排放的直接污染大气的污染物质主要有二氧化硫 一氧化碳 氮氧化物 二氧化氮 颗粒物 飘尘 降尘 油烟等 氨气 及含氧 氮 氯 硫有机化合物以及放射性物质等二次污染物 经化学反应生成新的污染物质光化学烟雾等 洛杉矶 美国洛杉矶光化学烟雾事件 19世纪50年代 产业革命时期 洛杉矶位于美国西南海岸 西面临海 三面环山 是个阳光明媚 气候温暖 风景宜人的地方 早期金矿 石油和运河的开发 加之得天独厚的地理位置 使它很快成为了一个商业 旅游业都很发达的港口城市 洛杉矶市很快就变得空前繁荣 著名的电影业中心好莱坞和美国第一个 迪斯尼乐园 都建在了这里 城市的繁荣又使洛杉矶人口剧增 白天 纵横交错的城市高速公路上拥挤着数百万辆汽车 整个城市仿佛一个庞大的蚁穴 从40年代初开始 人们就发现这座城市一改以往的温柔 变得 疯狂 起来 每年从夏季至早秋 只要是晴朗的日子 城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾 使整座城市上空变得浑浊不清 这种烟雾使人眼睛发红 咽喉疼痛 呼吸憋闷 头昏 头痛 1943年以后 烟雾更加肆虐 以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死 柑橘减产 仅1950 1951年 美国因大气污染造成的损失就达15亿美元 1955年 因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人 1970年 约有75 以上的市民患上了红眼病 这就是最早出现的新型大气污染事件 光化学烟雾污染事件 光化学烟雾 是由于汽车尾气和工业废气排放造成的 一般发生在湿度低 气温在24 32 度的夏季晴天的中午或午后 汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮 NO2 被排放到大气中后 在强烈的阳光紫外线照射下 会吸收太阳光所具有的能量 这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后 会变得不稳定起来 原有的化学链遭到破坏 形成新的物质 这种化学反应被称为光化学反应 其产物为含剧毒的光化学烟雾 洛杉矶在40年代就拥有250万辆汽车 每天大约消耗1100吨汽油 排出1000多吨碳氢化合物 3O0多吨氮氧化合物 700多吨一氧化碳 另外 还有炼油厂 供油站等其他石油燃烧排放 这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空 不啻制造了一个毒烟雾工厂 光化学烟雾可以说是工业发达 汽车拥挤的大城市的一个隐患 5O年代以来 世界上很多城市都不断发生过光化学烟雾事件 光化学烟雾的形成机理十分复杂 其主要污染物来自汽车尾气 因此 目前人们主要在改善城市交通结构 改进汽车燃料 安装汽车排气系统催化装置等方面做着积极的努力 以防患于未然 大气扩散研究 第一个阶段 根据污染物的物理形态和化学成分 可分为 颗粒污染物 TSP 碳氧化物 CO2 CO等 氮氧化物 NO NO2等 硫化物 SO2 卤化物 HF CL2 HCL 碳氢化合物 烷烃 烯烃及芳烃 氧化剂 O3等 放射性物质切尔诺贝利核电站事故 事件回放 1986年4月26日当地时间1点24分 苏联的乌克兰共和国切尔诺贝利 Chernobyl 核能发电厂 原本以列宁的名字来命名 发生严重泄漏及爆炸事故 事故导致31人当场死亡 上万人由于放射性物质远期影响而致命或重病 至今仍有被放射线影响而导致畸形胎儿的出生 这是有史以来最严重的核事故 外泄的辐射尘随着大气飘散到前苏联的西部地区 东欧地区 北欧的斯堪地维亚半岛 乌克兰 白俄罗斯 俄罗斯受污染最为严重 由于风向的关系 据估计约有60 的放射性物质落在白俄罗斯的土地 此事故引起大众对于前苏联的核电厂安全性的关注 事故也间接导致了苏联的瓦解 2005年一份国际原子能机构的报告认为直到当时有56人丧生 47名核电站工人及9名儿童患上甲状腺癌 并估计大约4000人最终将会因这次意外所带来的疾病而死亡 绿色和平组织及其他人都对研究结果作出争论 苏联瓦解后独立的国家包括俄罗斯 白俄罗斯及乌克兰等每年仍然投入经费与人力致力于灾难的善后以及居民健康保健 因事故而直接或间接死亡的人数难以估算 且事故后的长期影响到目前为止仍是个未知数 空气污染物浓度 质量浓度 mg m3体积浓度 ppm1ppm表示106kg中有1kg溶质大气环境质量环境空气质量标准中华人民共和国大气污染防治法 污染源 空气污染源 自然源与人工源 P3 按照人类活动内容分类按照污染物排放方式分类按照污染物排放位置分类按照污染物排放高度分类按照污染物排放口的形式分类源分布不同 采用不同的扩散模式 1 1 3空气污染物的危害与影响 对人体健康的危害人体受害有三条途径 即吸入污染空气 表面皮肤接触污染空气和食入含大气污染物的食物 除可引起呼吸道和肺部疾病外 还可对心血管系统 肝等产生危害 严重的可夺去人的生命 对生物的危害动物因吸入污染空气或吃含污染物食物而发病或死亡 大气污染物可使植物抗病力下降 影响生长发育 叶面产生伤斑或枯萎死亡 对物品的危害如对纺织衣物 皮革 金属制品 建筑材料 文化艺术品等 造成化学性损害和玷污损害 造成酸性降雨 对农业 林业 淡水养殖业等产生不利影响对全球气候产生影响如二氧化碳等温室气体的增多会导致地球大气增暖 导致全球天气灾害增多 又如烟尘等气溶胶粒子增多 使大气混浊度增加 减弱太阳辐射 影响地球长波辐射 可能导致天气气候异常 大气污染的防治 减少污染物排放量控制排放和充分利用大气自净能力厂址选择 烟囱设计 城区与工业区规划等要合理绿化造林 使有更多植物吸收污染物 减轻大气污染程度 1 2空气污染气象学研究 空气污染气象学 研究空气污染问题与气象学的相互关系 运用气象学原理和方法研究气象因子对空气污染物散布的支配作用和在各种条件下的影响 预测空气污染的散布及其变化规律 以求能及时处理解决空气污染问题的正确途径 保护大气环境 研究内容 气象条件的影响不同尺度 区域 下垫面条件环境规划与管理的科学依据实验研究方法 发展历史 产业革命以来 工业飞速发展 人口急剧增长 消耗了大量的煤 石油 天然气等燃料 排出的二氧化硫 二氧化碳等大气污染物的数量日益增多 早在1861年就有学者指出 大气中二氧化碳含量增加 温室效应会增强 可能影响气候 空气污染气象学的萌芽可以追溯到第一次世界大战期间 英国为了研究野战时毒气浓度的预报方法 自1921年起进行大气扩散实验 发展历史 40年代 原子能工业兴起 一些国家开始进行放射性物质污染预测和控制的研究 促进了大气扩散实验和理论研究的发展 50 60年代 一些工业集中的地区和城市相继发生严重的大气污染事件 其原因一是排入大气中的污染物数量大浓度高 二是气象条件不利于大气污染物的扩散和迁移 为了控制和消除大气污染 一些国家开展了城市或区域性的大气污染物输送 扩散 迁移和转化规律的实验和研究 并在一些污染严重的地区开展了大气污染预报的研究 发展历史 70年代 在全球范围内出现了频繁的气候灾害 如非洲出现严重干旱等 人们把这些现象归因于大气污染 这样就推动了许多气象学者不仅进行气象因素对污染物扩散影响的研究 而且开展了大气污染对天气 气候影响的研究 同时 高空飞行器对平流层的污染以及污染物在平流层和对流层之间的迁移转化 促使人们研究全球性的大气污染与气象的关系 在此基础上 气象学分出一个新的学科 污染气象学 发展历史 第一阶段20世纪二十年代 五十年代 产业革命后 工业经济的发展 尤其是与能源利用伴随而来的空气污染问题及二次世界大战的防化学武器和后来和平利用原子能和核气象学的发展需要 基于均匀定常假设 小尺度 P G扩散曲线时代第二阶段60年代 70年代中期 非均匀 修正P G扩散曲线第三阶段80年代后期 90年代初 三维数值模拟阶段 近代酸雨 全球气候变化 臭氧层破坏等等问题 使大气扩散的研究拓展到大气化学 一个新的分支学科和领域全球环境监测网向更大的尺度 更多的领域拓展 与生态 环境等学科交叉应用研究更加广泛 研究意义及应用领域 规划设计大气污染预测大气环境质量评价监测全球环境变化天气气候影响 研究方法 掌握 现场观测试验数学模式经验统计模型 高斯扩散模型 随机游动模型 数值模式室内流体物理模拟 观测实验TRACE P Google 观