大气环境化学1课件

第二章大气环境化学,Atmosphericenvironmentchemistry,大气环境化学,是化学、环境科学和大气科学的交叉学科。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。,主要内容,2.1大气中污染物的迁移2.2大气中污染物的转化2.3大气污染数学模式2.4大气环境化学的最新研究进展及发展趋势,大气圈简介,大气和大气圈AirandAtmosphereCO2(0.02-0.04%)O2(20.95%)N2(78.09%)Ar(Argon,0.93%)argonn.化氩H2O紫外射线Ultravioletradiation,大气圈由一薄层覆盖地球表面的混合气体组成。Theatmosphereconsistsofthethinlayerofmixedgasescoveringtheearthssurface.光化学反应，光解，光降解Photochemicalreactions,photolysis,photodegradation.,大气化学,大气圈概况大气圈是包围整个地球的空气层，总质量估计为5141015t，相当于地球质量(61021t)的百万分之一,由于地心引力作用，大气在垂直地面方向的分布不均匀：按质量计，50集中在离地面5km以下，75集中在10km以下，90集中在30km以下，剩余10分布在30一1000km高空超过1000km，大气极为稀薄，地心引力微弱，大气质点将摆脱地球引力进入宇宙空间,2.1大气中污染物的迁移,指污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。结果：可使污染物浓度减低。大气圈中的空气运动主要由于温度差异引起。主要影响因素：大气温度层结及由此引起的空气运动的规律,主要内容,一、大气温度层结和密度层结二、辐射逆温层三、气块的绝热过程和干绝热递减率四、大气稳定度五、影响大气污染物迁移的因素,一、大气温度层结和密度层结,静大气的温度和密度在垂直方向上的分布称为大气温度层结和密度层结。出现原因：由于不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。,大气圈的分层结构,根据大气温度随高度垂直变化的特征，将大气分为：对流层：12KM平流层：1755KM中间层：5585KM热成层：900KM逸散层,1对流层最靠近地面的大气层，厚度约12km，存在着强烈的垂直对流作用水汽、尘埃较多雨、雪、云、雾、雷电等主要天气现象和过程都发生在这一层里对人类影响最大，大气污染通常指这一层靠地面2km范围(15-56)特点：(1)气温随高度增加而降低。（在不同的地区、季节和高度，降低数值并不相同，大约平均达6.5km）(2)空气具有强烈的对流运动(3)气体密度变化较大,大气垂直递减率：指随大气高度升高气温的减低率。dT/dz，此式可表示大气的温度层结对流层中，0.6K/100m可见，0气温随高度增加而降低0气温随高度增加而升高由于对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射，故离地面越近气温就越高，离地面越远气温就越低，使得对流层内0,2平流层(同温层)从对流层顶到约52km高度的范围为平流层其下部有一很明显的温度稳定区，然后随高度增加而温度上升，其原因是地表辐射影响减少以及氧和臭氧对太阳辐射吸收加热，这种温度结构抑制大气垂直对流运动，而主要作水平方向运动（-56-2）特点：(1)上热下冷，大气稳定。(2)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。,135176nm;240260nm,O3+hvO+O2,200-300nm,300-360nmmax=254nm,小知识decimeter(dm);centimeter(cm);millimeter(mm);micrometer(m)(测微计、千分尺、微米)；nanometer(nm);angstrom();liter(L);milliliter(mL);microlitre(L),平流层温度层结形成原因,O+O2+MO3+M,O2+hvO+O,angstromn.埃（光谱线波长单位）,平流层温度层结特征,平流厚度约在1755km之间。25kM以下的低层，随高度的增加气温保持不变成稍有上升。从25km开始，气温随高度的增加而升高。到平流层顶时，温度可接近0。平流层温度升高的原因：在1535KM高度范围内存在一臭氧层，其浓度在25km处达到最大。O3能够吸收来自太阳的紫外辐射而分解为氧原子和氧分子，当它们又重新化合为O3时便可释故出大量的热能。,3中间层由平流层顶到约86km高度的范围称中间层在这层中温度随高度增加而下降，到中间层顶，气温达到极低值，约为180K特征：下热上冷，空气对流强烈。4热成层(电离层)由中间层顶到约800km处称为热成层，其温度随高度增加而上升，白天最高温度可达12501750K.由于太阳和其它星球辐射各种射线，该层中大部分空气分子发生电离，成为原子、离子和自由电子，所以这层也叫电离层,5逸散层(外大气层)在热成层以上的大气层称为逸散层（800km上的高空），也称外大气层因为那里空气更为稀薄，又远离地面气体分子受地球引力极小，因而大气质点会不断地向星际空间逃逸。在大气圈中，水蒸气的总量估计为131013t，干空气总量为5121015t热成层以下，除水蒸气外，组成基本上是稳定的,二、辐射逆温层,一般，对流层中0逆温层：温度随高度增加升高，气层稳定性强，对大气垂直运动起阻碍作用。0，称等温层0气温随高度增加而升高，称逆温气层。近地面多由热力学条件形成，以辐射逆温为主辐射逆温：地面因强烈辐射而冷却降温所形成有利形成条件：平静而晴朗的夜晚,逆温层结曲线白天：ABC夜晚：FEC，逆温层最厚DBC,大气垂直递减率：,T绝对温度(K)；z高度。,=0，等温气层；d，大气是不稳定的d，大气处于平衡状态。可见：大气的垂直递减率越大，气块的干绝热递减率d越小，气块越不稳定。,讨论气块的稳定性除了考虑气块与周围空气的温度差别之外，还要考虑气块的密度及外力等。一般来讲，大气温度垂直递减率越大，气块越不稳定；反之，气块就越稳定。如果垂直递减率很小，甚至形成等温或逆温状态这时对大气垂直对流运动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。研究大气的垂直递减率与干绝热递减率的对比是十分重要的。它可判断气块的稳定情况及气体垂直混合情况。,不同温度层结下的烟型翻卷型锥型平展型上升型熏烟型,五、影响大气污染物迁移的因素,1风和大气湍流的影响污染物在大气中的扩散取决于三个因家。风可使污染物向下风向扩散，湍流可使污染物向各方向扩散，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。系统性铅直运动、对流、摩擦层（乱流混合层）在摩擦层中大气稳定度较低。污染物可自排放源向下风向迁移，从而得到稀释。也可随空气的铅直对流运动使得污染物升到高空而扩散。这些都是使大气中污染物迁移的主要原因。,对于受热而获得浮力，正进行向上加速运动的气块，有该式为由于温差造成气块浮力加速度的方程。当T=T时，气块与周围达到中性平衡，此时高度为对流层最大混合层高度（MMD）。最大混合层高度小于1500m时，城市会普遍出现污染现象,一般，夜间最大混合层高度较低，白天升高。夜间逆温较重时，最大混合层高度可达到零。,2.天气形势和地理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。天气形势：指大范围气压分布的状况下沉逆温：大气压分布不均，高压区存在下沉气流，使气温绝热上升，形成的上热下冷的逆温现象。污染物长时间的积累在逆温层中而不能扩散。世界上一些较大的污染事件大多在这种天气形势下形成的。,天气形势和地理形势的影响,地理形势：由于不同地形地面之间的物理性质存在着很大差异，从而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，例如海陆风、城郊风、山谷风,1)海陆风白天：海陆间形成指向大陆的气压梯度，生成海风。夜间：海陆之间形成指向海洋的气压梯度，生