大气化学-绪论

1、大气化学 绪论 大气化学：研究地球大气和行星大气本身以及其中悬浮物的化学组成的形成、演化、输送、扩散、积累和转化的机制，出现的现象以及在质和量方面的变化规律。 对于地球大气化学，研究范围主要50公里以下的平流层和对流层。2学科位置 按研究范畴大体可划分为： 自然科学：数、理、化、天、地、生、工程 与材料科学、 信息科学 社会科学3地球科学 包括 大气科学 、海洋科学、地理学、地质学等大气科学 基础学科：大气物理学、大气化学、大气动力学、天气学、气候学、大气探测学 应用学科：农业气象学、水文气象、医疗气象、污染气象、人工影响天气等大气化学 大气化学：研究地球大气和行星大气本身以及其中悬浮物化学组

2、成的形成、演化、输送、扩散、积累和转化的机制，出现的现象以及在质和量方面的变化规律。 对于地球大气化学，研究范围主要50公里以下的平流层和对流层。 大气化学的研究内容：1）大气成分组成，地球（行星）大气的形成和演化2）大气微、痕量成分的浓度和分布3）大气微、痕量成分的自然循环及人类活动的影响4）大气成分变化的气候、环境效应5）对流层化学过程（各种污染物）6）平流层化学（特点：动力-辐射-化学过程耦合）7）气溶胶化学和气候、环境效应8）云、降水化学和酸沉降9）大气微、痕量成分的观测分析技术大气放射性化学、中高层大气化学大气化学的特点1）研究大气中化学过程必须考虑气象条件的因素；2）光化学在大气化

3、学中的重要地位，热化学结合考虑；3）大气始终处于物理、化学的非平衡态，因此大气化学过程主要考虑的是反应速率问题而非化学平衡问题；4）大气中物种多，反应多，通过自由基密切联系5）大气中的化学物种倾向于由低氧化态向高氧化态变化历史和重要事件：十二世纪，十三世纪，十九世纪，常量微、痕量1929年，大气臭氧的观测现代大气环境化学的开端1940-50，伦敦烟雾事件；洛杉矶光化学烟雾事件1950-60，欧洲、北美区域酸雨1975年，OH自由基的较准确测量1980s，南极臭氧洞1980-90，全球气候变化2000s，全球变化；地球系统变化平流层臭氧减少；对流层臭氧增加；城市空气污染大气环境化学的发展历史50

4、年代：伦敦烟雾，洛杉矶光化学烟雾70年代：区域酸沉降-液相和多相化学反应80年代：南极臭氧洞-平流层化学90年代：全球变化-CO2，气溶胶细粒子八大公害事件马斯河谷事件美国多诺拉烟雾事件伦敦烟雾事件美国洛杉矶光化学烟雾事件日本水俣病事件日本富士骨痛病事件日本四日市哮喘病事件日本米糠油事件公害事件名 称公害污染物公害发生地公害发生时 间中毒情况中毒症状致害原因公害成因马斯河谷烟雾事件烟尘,二氧化硫比利时马斯河谷(长24km，两侧山高90m)1930年12月几千人发病，60人死亡咳嗽、流泪、恶心、呕吐一氧化硫氧化为三氧化硫进人肺的深部山谷中工厂多，逆温天气，工业污染物积聚，又遇雾日多诺拉烟雾事件烟

5、尘,二氧化硫美国多诺拉(马蹄形河湾，两边山高120m)1948日10月4天内42的居民患病，17人死亡咳嗽、呕吐、腹泻、喉痛二氧化硫与烟尘作用生成硫酸，吸人肺部工厂多，遇雾天和逆温天气伦敦烟雾事件烟尘,二氧化硫英国伦敦1952年12月5天内4000人死亡咳嗽、呕吐、喉痛烟尘中的三氧化二铁使二氧化硫变成硫酸沫，附在烟尘上，吸人肺部居民烟煤取暖，煤中硫含量高，排出的烟尘量大，遇逆温天气洛杉矶光化学烟雾事件光化学烟雾美国洛杉矾1943年5月10月大多数居民患病65岁以上老人死亡400人刺激眼鼻、喉，5起眼病、喉头炎石油工业和汽车废气在紫外线作用下生成光化学烟雾汽车多，每天有1000多t碳氢化合物进人

6、大气，市区空气水平流动缓慢八大公害事件（1）公害事件名 称公害污染物公害发生地公害发生时 间中毒情况中毒症状致害原因公害成因水俣事 件甲基汞日本九州南部熊本县水俣镇1953年病180多人，死亡50多人口齿不清步态不稳面部痴呆耳聋眼瞎全身麻木最后神经失常甲基汞被鱼吃后，人吃中毒的鱼而生病氮肥生产中，采用氯化汞和硫酸汞作催化剂，含甲基汞的毒水废渣排人本体富山事件(骨痛病)镉日本富山县(蔓延到其它县的7条河流流域) 1931年 1972 年 3 月患者超过280人，外亡34人关节痛、神经痛和全身骨痛,最后骨软化,饮食不进,在衰弱疼痛中死去吃含镉的米，喝含镉的水炼锌厂未经处理净化的含镉废水捐人河流四日

7、事件(哮喘病)SO2烟尘,重金属粉尘日本四日市(蔓延到几十个城市)1955年以来病500多人,36人在气喘病折磨中死去支气管炎，支气管哮喘，肺气肿有毒重金属微粒及二氧化硫吸人肺部工厂向大气排放二氧化硫和煤粉尘数量多，并含有钻、锰铁等米糠油事件多氯联苯日本九州爱知县等23个府县1968年病5000多人,死亡16人，实际受害超过10000人眼皮肿，常出汗，全身起红疙瘩，肝功能下降，肌肉痛，咳嗽不止食用含多氯联苯的米糠油米糠油生产中，用多氯联苯作载热体，因管理不善，毒物进人米糠油中八大公害事件（2）Hong Kong, before and after a photochemical smogHow

8、 is the Air Quality in HK? SO2,NOxH2SO4,硫酸盐HNO3, 硝酸盐氧化干沉降湿沉降 H+, SO42-, NO3- SO42- NO3-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 酸雨pH酸度(pH) = -logH+酸碱5.6 主要由燃烧化石燃料生成酸 雨南极臭氧洞南极臭氧洞ATMOSPHERIC CO2 INCREASE OVER PAST 1000 YEARSRISE IN NON-CO2 GREENHOUSE GASESMethaneNitrous oxideCFC-11Tropospheric ozone(northern

9、midlatitudes)Millenial NH temperature trend IPCC, 2001+？-？Counteract radiative forcing by greenhouse?IPCC第一工作组第四次评估报告主要新结果, Feb. 2007过去100年（19062005年）全球地表平均气温升高0.74；2005年全球大气二氧化碳浓度为379ppm，是65万年以来最高的；过去50年观测到的大部分全球平均温度的升高，很可能由人为温室气体浓度增加引起；与19801999年相比，21世纪末全球平均地表气温可能会升高1.16.4；21世纪极端事件的可能变化：高温、热浪以及强降水

10、频率增加，热带气旋（台风和飓风）强度加强。Movie: The Day After Tomorrow 大气化学的研究方法1）现场实测 指所研究地区采用实地布点、采样或直接测量的办法取得所需污染物的直接数据。了解大气污染物浓度的时空分布和变化规律；同步测定反应物和产物，从中找出化学转化的相互关系；进行污染源及源谱的测定，以进行污染来源的解析；为进行模式的验证取得现场数据。大气化学的研究方法2）实验室研究大气中微量物质分析方法和技术的研究基础研究实验模拟（烟雾箱）3）模式计算以上三者结合数值模拟实验室机理研究点-线-面-立体观测优化模块提供数据指导观测总体研究方案 多手段协同提供观测现象现有酸雨监

11、测网降水酸度及电导十五个区域背景站降水化学成分及SO2,NO2,NH3分布三个超级站一个高山站大气-沉降-生态系统综合数据卫星观测全国范围酸碱性气体及颗粒物区域分布飞机航测典型天气过程下污染物的三维分布资料总体研究方案 点-线-面立体观测遍布全国的大气环境及气象监测站，长期监测气溶胶、酸雨前体物SO2、NOx等野外观测网络： 环保、气象部门监测站网国家环保局酸雨网国家气象局酸雨网及大气化学本底站瓦里关临安上甸子龙凤山US NASA Airborne LaboratoryDC-8P-3Aircraft stationed in Hong KongAsiaHelps coordinate observational platforms and bring to execution a new generation of field study that integrates satellites, aircraft, ships and ground based efforts烟雾箱烟雾箱照片努森池系统数值模拟实验室机理研究点-线-面-立体观测优化模块提供数据指导观测总体研究方案 多手段协同提供观测现象局地区域全球参考书与文献秦瑜、赵春生，大气化学基础唐孝炎，大气环境化学王明星，大气化学莫天麟，大气化学基础Daniel Jacob, Introduc