平流层光化学PPT教案

1、平流层光化学平流层光化学O3浓度远高于对流层中的O3浓度，并 在2030km高度上出现浓度的极大值 O3对紫外辐射吸收也为平流层加热提 供了强的能源第1页/共52页紫外辐射lO3是平流层的主要热源第2页/共52页第3页/共52页1. N2O和CH4来自对流层2. H2O通过CH4的光化学反应生成第4页/共52页第5页/共52页A：大气界面；B：地面；C：30km第6页/共52页在129242 nm之间O2有3个吸收带；O3主要吸收带在200一300 nm，在可见段也有吸收，也能吸收红外辐射。从大气上界经过大气层削弱到原来1/e的通量的所在高度第7页/共52页3121. OO( P) +O( D

2、) 129 176nm S-R h连续带 中间层与热层3322. OO( P) +O( P) 176 195nm h中间层中部3323. OO( P) +O( P) 185 242nm Herzberg h连续带平流层3O平 流 层 奇 原 子 氧 的 主 要 来 源 ， 对 决 定 平 流 层 浓 度 起 主 要 作 用3323. OO( P) +O( P) 185 242nm Herzberg h连续带平流层第8页/共52页1132g1. OO( D) +O () 267nm h平流层3035km以上1132g2. OO( D) +O () 267 310nm h平流层下部3132g3.

3、OO( P) +O () 310 350nm O3Hugginsh的弱选择吸收带带3332g34. OO( P) +O () 450750nm OChappuish的弱吸收带带11O DO D生成 （）是一个重要的光解过程。 （）与H2O、N2O反应生成奇氢、奇氮，是这两族循环的起始反应。第9页/共52页21112OO+O J R =J O h232222OOO + k R =k O OMMM22555OOO + k R =k O MMM323333OO + O J R =J O h324443O O2O k R =k O OChapman于1930年提出一个平流层臭氧生成与清除的光化学机制第

4、10页/共52页3234 OR- R- Rdd t1324 O 2 R+ R- R- Rdd t采用稳态近似法稳态近似法处理R1,R4R2,R3R2=R3氧原子的稳态分步第11页/共52页3322J OO =k OM 当O3达到稳态时3xO O O0ddddtdtdt1/23/21232345O ()O J kJ k第12页/共52页受激分子发出红外辐射的现象12211222O()O, (1.27),O()O,gghmkMMk1132331324OO ( D )+O (),OO ( D )+O (),gghJhJO2生消平衡时：1343122()O ()O ()gJJkk M发射气辉的光子产率

5、：1134112312()O ()O gkJJkkkM第13页/共52页第14页/共52页l3225第15页/共52页1212O( D)+H O2OHO( D)+HOH+H32O( P)+H O2OH ()不能发生v平流层奇原子氢HOx主要消耗机制：222HOOHH O+O 第16页/共52页222222 OH+OH+O H+OHO+) HOOOH+O O+OOMM净反应：第17页/共52页3222232 OH+OHO +O+) HOOOH+O O+O2O净反应：v循环3：（平流层下部）32223232 OH+OHO +O+) HOOOH+2O 2O3O净反应：净反应为Ox变为O2,HOx为催

6、化剂第18页/共52页22222222222222h (300nm2HOHOH OOH OOHH OOHHOH OH OOHOOH ）第19页/共52页1.生成H2和H20为终止产物2.在黑夜环境下，HOx的源急剧减小，奇氢族通过生成H2O的反应而消耗，相应地OH和HO2的浓度在夜间稳定下降。而当太阳升起后，通过O(1D)与H2O的反应和H2O2的光解，HOx很快得到恢复第20页/共52页12212(),341()2N O hNO DnmN O O DNOv平流层NOx主要清除过程：（汇）z输送到大气的其它领域，如对流层2,199,198NOhNOnmNNONO第21页/共52页第22页/共5

7、2页322222,398NOONOONOhNOOnmNOONOO采用稳态近似法稳态近似法处理，即：20dN Odt23213()JkON ON OkOk1k3J2第23页/共52页32222NOONOONOONOO322OOO净反应：NOx对O3的清除效应受制于排放高度,上式适用于中、上平流层，在低平流层O3会增加（1）（2）223MN OhN OOOOO 第24页/共52页22NOHONOOH反应足够快，影响到OH与HO2的比例第25页/共52页（Seinfeld and Pandis，1997）第26页/共52页2332323(345)NOHOMHNOMHNOhnmOHNOOHHNOH O

8、NO 生成HNO3的总量主要取决于OH的浓度22NOHOHONO322N OOON OO3的消耗取决于以上所有反应的竞争结果第27页/共52页第28页/共52页32(175220)CFClhnmnmCFClCl33CH ClhCHCl143()nnnnODCF ClCF ClClO第29页/共52页第30页/共52页21()H C lO HC lHOH C lODC lO HH C lhC lH43222C lC HH C lC HC lHH C lHC lH OH C lO第31页/共52页2223ClONOMClONOMClONOhClNO第32页/共52页322ClOClOOClOOCl

9、O净反应：322OOO（2）（1）反应（2）是速度控制步骤+)第33页/共52页322223C lOC lOOC lON OC lN ON OhN OOOOMOM净反应：00NOx改变了Clx对O3的作用+)第34页/共52页322rrCH BOHCH BH O3222rO+OBr+2OrO+OBr+OrO+NOBr+NOBBBHBr的生成率低，不稳定，不是有效的储库第35页/共52页3222( r+OBrO+O )2 rO2Br+OBB净反应：+)322O3O第36页/共52页2rO+ClOBr+Cl+OrO+ClOBr+OClOBB32322r+OBrO+O+OO+OBrO+OBr+Cl+

10、OBClClCl+)322 O3O“并发症”反应， Cl与Br的耦合加强对O3的破坏净反应：第37页/共52页222H SOHHSH OHSOSOHHSOSOOHH2S是SO2和硫酸盐的一种潜在的源对H2S的主要分解过程为：第38页/共52页2323SOOHMHSOMSOOMSOM33233H SOO HSOH OH SOOSOO H322424SOH OH SOH SO平流层上部缺氧，H2SO4和H2SO3可被紫外光解平流层下部，H2SO4可与水形成硫酸滴（25km以下，气溶胶）1. 平流层硫酸盐问题2. 气体附在平流层气溶胶粒子、核化生成的冰晶云粒子表面反应第39页/共52页臭氧量的减少1.地面紫外辐射增加，皮肤癌患者增加2.平流层能量平衡破坏，引起全球气候变化1.臭氧层耗损的起因研究2.臭氧层耗损的生态后果3.臭氧分布的预测与控制第40页/共52页第41页/共52页第42页/共52页第43页/共52页目前用得最多的冷冻剂、发泡剂和溶剂三氯甲烷尽管ODP不高，但作为溶剂，其使用量很大第44页/共52页第45页/共52页 臭氧洞的大小决定于如何定义臭氧洞的边界值，通常我们定义臭氧洞的最外边缘为O3总量小于200Du，即O3总