02-1环境化学第二章__大气环境化学(1)

1、第一节第一节 大气结构、组成和性质大气结构、组成和性质一、大气垂直分层一、大气垂直分层二、大气的组成二、大气的组成三、大气中的主要污染物三、大气中的主要污染物一、大气垂直分层一、大气垂直分层大气大气对流层对流层 平流层平流层 中间层中间层 热层热层 散逸层散逸层 依据依据划分为划分为平均厚度平均厚度12km,12km,赤道赤道19km19km，两，两极极8-9km8-9km，云雨主要发生层，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。夏季厚，冬季薄。特点特点: :1 1、气温随高度升高而降低；、气温随高度升高而降低； 2 2、空气密度大；、空气密度大；3 3、有三小层、天气复杂多变；、有三小层、天气复杂多

2、变；4 4、对流运动强烈。、对流运动强烈。（一）对流层（一）对流层每升高每升高100m降低降低0.65,特点：特点： 1 1、空气基本无对流，平流运动占显著优势；、空气基本无对流，平流运动占显著优势； 2 2、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少， 很少有天气现象，透明度极高；很少有天气现象，透明度极高； 3 3、在、在15-35km15-35km的范围内的范围内, ,厚度约厚度约20km20km的臭氧层。的臭氧层。（二）平流层（二）平流层 对流层顶到约对流层顶到约50km50km（三）中间层（三）中间层 从平流层顶到约从平流层顶到约85km85km的高度的

3、高度特点：特点： 1 1、空气更稀薄、空气更稀薄 2 2、无水分、无水分 3 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低 （-100-100） 4 4、对流运动强烈。、对流运动强烈。 5 5、中间层中上部，气体分子（、中间层中上部，气体分子（O O2 2、N N2 2）开始电离。）开始电离。 （四）热层（四）热层 从从80km80km到约到约500km500km的高度的高度特点：特点：1 1、温度随高度增加迅速增高；、温度随高度增加迅速增高；2 2、大气更为稀薄、大气更为稀薄; ;3 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由、大部分空气分子被电离成为离

4、子和自由 电子，又称电离层，可以反射无线电波电子，又称电离层，可以反射无线电波（五）逸散层（五）逸散层 特点：特点：1 1、500km500km以上高空以上高空2 2、空气稀薄，密度几乎与太空相同、空气稀薄，密度几乎与太空相同3 3、空气分子受地球引力极小，所以气体、空气分子受地球引力极小，所以气体 及其微粒可以不断从该层逃逸出去及其微粒可以不断从该层逃逸出去气体组分和大气颗粒物气体组分和大气颗粒物（一）气体组分及分布（一）气体组分及分布1 1、气体组分、气体组分1）氮（）氮（78.08%）、氧（）、氧（20.95%）、氩（）、氩（0.934%）、）、 CO2（0.0314%） 99.9%2）

5、稀有气体（）稀有气体（H2、CH4、SO2、NH3、CO、O3等）等） 2000）含氮化合物含氮化合物O O2 2NONOxO2O ON2 ONO NO2 NNO OOH NNO HNO 12O2NO2以上快以上快结论：燃烧过程中排放的氮氧化物主要为结论：燃烧过程中排放的氮氧化物主要为NO (占占90%以上以上)，其次才为，其次才为NO2（仅占（仅占10%左右）左右）慢慢1 1、CO（三）含碳化合物的来源和演变（三）含碳化合物的来源和演变CO、CO2、CHx、含氧烃等、含氧烃等参与光化学烟雾形成参与光化学烟雾形成阻碍体内氧气输送阻碍体内氧气输送O2 HHO 2 MOH COCO2 HNO HO

6、2NO2 OH 1）危害）危害温室气体，导致温室效温室气体，导致温室效应应1 1、CO（三）含碳化合物的来源和演变（三）含碳化合物的来源和演变CO、CO2、CHx、含氧烃等、含氧烃等2）来源）来源人为污染：燃料不完全燃烧人为污染：燃料不完全燃烧天然来源：天然来源：海洋中生物作用、植物叶绿素的海洋中生物作用、植物叶绿素的 分解、森林火灾、甲烷光化学氧化分解、森林火灾、甲烷光化学氧化3）清除）清除土壤吸收土壤吸收12O2 COCO23H2 COCH4H2O与与HO自由基反应（主要途径）自由基反应（主要途径）HO COCO2HH O2HO2MHO2 COCO2HO1 1、CO4）浓度特征）浓度特征城

7、市多于非城市，一天中峰值出现在早晚交通城市多于非城市，一天中峰值出现在早晚交通量大时量大时随高度、纬度变化（北高南低）随高度、纬度变化（北高南低）2 2、CO2（三）含碳化合物的来源和演变（三）含碳化合物的来源和演变CO、CO2、CHx、含氧烃等、含氧烃等1）危害）危害温室气体，导致温室效温室气体，导致温室效应应2）来源）来源人为污染：矿物质燃料燃烧、森林破坏人为污染：矿物质燃料燃烧、森林破坏天然污染：海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸、天然污染：海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸、 腐败、森林火灾腐败、森林火灾2 2、CO2（三）含碳化合物的来源和演变（三）含碳化合物的来源和演变CO、CO2、CHx

8、、含氧烃等、含氧烃等3）清除）清除植物光合作用、海水吸收后以碳酸盐形式存在植物光合作用、海水吸收后以碳酸盐形式存在3 3、CHX气态存在于大气中的是碳原子数在气态存在于大气中的是碳原子数在110，包括可挥发性的所有烃类，烯烃、芳香烃。包括可挥发性的所有烃类，烯烃、芳香烃。是形成光化学烟雾的主要参与者。是形成光化学烟雾的主要参与者。 相比较而言，开放程度大的链烯烃活性高于相比较而言，开放程度大的链烯烃活性高于较为封闭的环烯烃，含有氧原子的碳氢化物活性较为封闭的环烯烃，含有氧原子的碳氢化物活性高于链烷烃。高于链烷烃。甲烷甲烷 1）危害：）危害： 温室气体，导致温室效应温室气体，导致温室效应 2）来

9、源：）来源：燃料燃烧过程、原油以及天然气的泄漏燃料燃烧过程、原油以及天然气的泄漏厌氧细菌发酵为主厌氧细菌发酵为主2CH2OCO2CH4温室效应比温室效应比CO2大大20倍倍 3）清除：）清除：CH4HOCH3H2OCH4ClCH3HCl主要主要 4）浓度特征：）浓度特征：夏低冬高，北半球高夏低冬高，北半球高（四）卤代烃的来源和演变（四）卤代烃的来源和演变1、来源、来源人为污染：有机化学溶剂挥发人为污染：有机化学溶剂挥发天然污染：海洋天然污染：海洋 （四）卤代烃的来源和演变（四）卤代烃的来源和演变2、氟氯烃类、氟氯烃类1）危害）危害 破坏臭氧层破坏臭氧层CCl3FhvCCl2FClClO3ClO

10、O2ClOOClO2 温室气体温室气体通式通式CnH2n-x-yFxCly通式通式x+y2n+2，CFC（四）卤代烃的来源和演变（四）卤代烃的来源和演变 2、氟氯烃类、氟氯烃类2）来源）来源主要来自人为污染源主要来自人为污染源3）清除）清除在对流层不易清除，进入平流层在强紫外线在对流层不易清除，进入平流层在强紫外线 下光解下光解（五）光化学氧化剂的来源和演变（五）光化学氧化剂的来源和演变臭氧、过氧化物、过氧酰基硝酸酯臭氧、过氧化物、过氧酰基硝酸酯 臭氧产生途径很多：臭氧产生途径很多： 大气光化学反应、森林火灾、电解硫酸大气光化学反应、森林火灾、电解硫酸过氧乙酰硝过氧乙酰硝酸酯酸酯(PAN)第二

11、节 大气中污染物的迁移一、一、辐射逆温层辐射逆温层二、二、大气稳定度大气稳定度三、三、大气污染数学模式大气污染数学模式四、影响大气污染物迁移的因素四、影响大气污染物迁移的因素一、辐射逆温层一、辐射逆温层 对流层大气的对流层大气的重要热源重要热源是来自是来自地面的长波辐射地面的长波辐射，故离地面越，故离地面越近气温越高；离地面越远气温越低。近气温越高；离地面越远气温越低。 随高度升高气温的降低率称为随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率大气垂直递减率：=-dT/dz=-dT/dz对流层中，对流层中，dT/dz0dT/dz0， =0.65K/100m=0.65K/100m一定条件下出现反常现象一

12、定条件下出现反常现象当当=0 =0 时，称为时，称为等温层等温层；当当0 0 时，称为时，称为逆温层逆温层。这时气层稳定性强，对大气的。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。垂直运动的发展起着阻碍作用。2) 2) 自由大气的逆温自由大气的逆温根据逆温形成的过程不同，可分为两种：根据逆温形成的过程不同，可分为两种： 辐射逆温辐射逆温平流逆温平流逆温融雪逆温融雪逆温地形逆温地形逆温乱流逆温乱流逆温下沉逆温下沉逆温锋面逆温锋面逆温1) 1) 近地面层的逆温近地面层的逆温辐射逆温产生特点辐射逆温产生特点是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。这种逆温层

13、多发生在距地面这种逆温层多发生在距地面 100-150m 100-150m 高度内。高度内。有云和有风都能减弱逆温。有云和有风都能减弱逆温。风速超过风速超过 2-3m/s，逆温就不易形成。，逆温就不易形成。最有利于辐射逆温发展的条件是最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚平静而晴朗的夜晚。TABCDEFlnP图图2-23. 辐射逆温（陈世训，辐射逆温（陈世训，1981） 100-150 m；平静而晴朗的夜晚平静而晴朗的夜晚下图白天的层结曲线为下图白天的层结曲线为ABCABC夜晚近地面空气冷却较快，层结曲线变为夜晚近地面空气冷却较快，层结曲线变为FECFEC，其中，其中FEFE为逆温层。为

14、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，如以后随着地面温度降低，逆温层加厚，在清晨达到最厚，如DBDB段。段。日出后地面温度上升，逆温层日出后地面温度上升，逆温层近地面处首先破坏，自下而上近地面处首先破坏，自下而上逐渐变薄，最后消失。逐渐变薄，最后消失。大气某些性质与大气污染的关系大气某些性质与大气污染的关系 四、影响大气污染物迁移的因素四、影响大气污染物迁移的因素2)2)摩擦层摩擦层底部与地面接触，具有乱流特征的气层，底部与地面接触，具有乱流特征的气层， 也称也称乱流混合层乱流混合层。厚度厚度10001000到到15001500米之间，污染物主要在该层扩散。米之间，污染物主要在该层扩散。1)天气形势：天气形势：指大范围气压分布的状况，局部地区的气象条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。不利的天气形势和地形特征件总是受到天气形势的影响。不利的天气形势和地形特征结合在一起常常可使某一地区的污染程度大大加重。例如，结合在一起常常可使某一地区的污染程度大大加重。例如，上热下冷的逆温现象上热下冷的逆温现象。世界上一些较大的污染事件大多在。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。污染物长时间的积累在这种天气形势下形成的。污染物长时间的积累在逆温层中逆温层中而而不能扩散。不能扩散。2)地理