第六讲大气环境

大气环境环境学导论大气环境概况大气污染气象因素与大气污染（一）大气的恒定组分

（二）大气的可变组分

（三）大气的不定组分（一）大气的恒定组分

大气的恒定组分是指大气中的O2、N2和稀有气体。在近地层大气中这些气体组分地含量几乎可认为使不变的，它们约占大气总量的99.97%。（二)大气的可变组分

主要指CO2和H2O（g），这些气体组分受不同地区气候、季节等多种因素的影响而发生变化。正常状况下，H2O(g)为4％以下，CO2约占0.02%-0.04%。

由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气。

大气的组成

（三）大气的不定组分大气中的尘埃、硫化物、氮氧化物、硫氧化物等是大气中的不定组分，当它们进入大气后，可能造成大气污染。

大气中不定组分来源：（1）自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾难引起的。（2）由于人类社会生产的发展，城市增多与扩大，或由于城市工业布局不合理，环境管理不善等人为因素造成的

气象因素与大气污染一大气圈结构二影响空气污染的气象要素一大气圈结构

大气层又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要环境空气的成分。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000-1400千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层，再上面就是星际空间了。

大气圈垂直结构

对流层（～12km左右）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C空气对流运动显著。天气现象复杂多变。

该层大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，加上水汽充足，直接影响着大气污染物的传输、扩散和转化。平流层（对流层顶～50~55km）同温层——对流层顶25~30km，气温-550C左右逆温层——同温层以上，气温随高度增加而增加臭氧层能强烈吸收波长200~300nm的太阳紫外线。平流层集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长，尤其是氟氯烃等大气污染物，与臭氧层发生光化学反应。中间层（平流层顶～85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈，垂直混合明显暖层（中间层顶～800km）在强烈的紫外光和宇宙射线作用下，气温随高度升高而增高气体分子高度电离——电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子的运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸

大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层——80～85km以下，以湍流扩散为主，成分基本不变二影响空气污染的气象要素

表示大气状态的物理量和物理现象称为气象要素。

风、大气的稳定度、降水情况和雾天等是影响空气污染的重要气象因素。

1风的影响风对空气污染的影响：风向（污染物扩散方向）和风速的大小（污染物的扩散和稀释状况）。

风向和风速（风玫瑰图）

风速,m/s

某地区1988年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5％左右。2大气稳定度（1）气温的垂直变化与大气稳定度性的关系

地球表面上方大气的温度随高度发生变化，大气温度随高度的分布情况与大气稳定性关系密切，同时影响受污染的空气被较洁净的空气混合而冲释其污染浓度的作用。不同气层的气温随高度的变化常用气温垂直递减率（r）表示。

气温的垂直变化气温直减率（大气）干空气绝热绘制温度递减率——干绝热直减率

（空气团）一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换

空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能（由压力变化引起）据计算:γd=0.98℃/l00m≌1℃/100m气温的垂直分布（温度层结）

>0，正常分布层结

＝，中性层结（绝热直减率）

＝0，等温层结

<0，逆温层结

(2)逆温逆温不利于扩散，容易造成大气污染，包括辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、锋面逆温等。辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，地面夜间变冷，大气自下而上冷却，造成温度自下而上的增加，产生逆温现象；地面白天加热，大气自下而上变暖，逆温消失。

下午日落前1小时黎明日出后上午10点左右辐射逆温的生消过程下沉逆温：由于下沉所受到的压缩增温而形成的逆温。（多在高空大气中，高压控制区内）很厚的气层下沉压缩变扁

顶部增温比底部多。

锋面逆温

冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面平流逆温：暖空气平流到冷地面上而形成的逆温为平流逆温，由于低层空气受地面影响大，降温多，上层空气降温少而形成。大气稳定度和烟羽行为逆

温

对

扩

散

的

影

响3降水的影响

各种形式的降水，特别释降雨，能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物。如大雨后空气格外新鲜。4雾的影响雾象一顶盖子，它会使空气污染状况加剧。大气污染

大气污染，是指在一定范围的大气中，存在一种或数种污染物，其数量（或浓度）和持续时间足以对生物以及气候、物品和材料等产生不利影响和危害。大气污染对人的影响不同于水污染和土壤污染。大气污染时间长，范围广，其影响从地域性到全球性范围。世界上有名的八大“公害事件”，其中有五起是大气污染造成的。世界上几次空气污染事故日期地点污染程度（24小时平均）过度死亡（人数）1930年12月比利时马斯河谷SO2，氟化物，微粒60~801948年10月27日~31日美国多诺拉SO2201948年11月26日~12月1日伦敦微粒：2800微克/米3SO2：0.75ppm700~8001952年12月5日~9日伦敦微粒：4500微克/米340001954年美国洛杉矶SO2：1.34ppm，CO，NOX

O3，醛类75％居民患眼病1956年1月3日~6日伦敦微粒：2400微克/米3SO2：0.55ppm1962年12月5日~10日伦敦SO2：1.98ppm(1小时平均值)7001962年12月7日~10日日本大阪/601963年1月29日~2月12日纽约SO2:0.5ppm200~400大气污染物

大气污染物有碳氢化合物、硫氧化物、硫化氢、一氧化碳、氮氧化物、光化学烟雾、微粒物质、微波和噪声，以及放射性物质等等颗粒物

1、颗粒物是指大气中弥漫着的固态和液态物质，成份较复杂。（1）总悬浮颗粒物：用标推大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径多在100μm以下，尤以10μm以下的为最多。（2）飘尘：颗粒物粒径小于10μm的颗粒物称为飘尘。它们能长时间地悬浮于大气中而不沉降下来。（3）降尘：颗粒物粒径大于10μm的颗粒物叫降尘。它们在重力的作用下能很快降落到地面。（4）可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织建议将其定为粒径≤10μm。(5)可入肺粒子：PM2.5是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，还不到人的头发丝粗细的1/20，也称为可入肺颗粒物。大气飘尘的危害（1）影响大气的物理性质（2）使建筑物、金属制品等受到腐蚀；（3）对人、动植物产生危害；（4）与其它大气污染物协同作用形成大气污染。时间飘尘浓度SO2浓度死亡人数（mg/m3）（mg/m3）1952.124.463.84000多19563.251.61000多19572.401.84001962.12

2.84.1750光化学烟雾

光化学烟雾是排入大气的氮氧化合物和碳氢化合物等受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色的烟雾。①大量排放氮氧化合物和碳氢化合物②强烈的太阳紫外线作用下③逆温和不利于扩散的气象条件。④地形：如河谷、盆地地形。形成的条件:

洛杉矶光化学烟雾严重的原因：

①该市汽车数量多，排放大量氮氧化合物碳氢化合物。②地处洛杉矶盆地，不利于污染物的扩散。③夏季太阳紫外线特别强烈(地中海气候)。

光化学烟雾的危害a.有害成份：臭氧、PAN、醛、酮等二次污染物b.伤害特征：人及动物眼睛和粘膜受到刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等表皮褪色，呈蜡质状，色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点植物被光化学氧化剂腐蚀的叶片光化学氧化剂腐蚀的叶片放射性污染物

大气环境中的放射性物质，有两个来源：一个是天然存在的，称为本底值；另一个是人为产生的，核工业生产过程排放含放射性的废气、核武器试验将大量放射性物质抛入大气层、核动力船舶也排放含放射性的废气。

铀-235热中子裂变的放射气体产物

核素氢溴氪碘质量数38285129131133半衰期12.33年35.5小时10.73年1.57×107年8.04天21小时裂变产额（％）1.3×10-23.8×10-30.2931.02.96.5核素氙质量数131m133m133半衰期11.9天2.19天5.29天裂变产额（％）0.0170.166.62核工业生产与电功率为1000兆瓦的模式轻水堆配套的核燃料

后处理厂排出的放射性气体成分核素85Kr3H129I131I其它裂变产物超铀元素放射性（居里/年）350000167000.00240.0241.00.004

核试验所产生的放射性气体和放射性散落物对大气环境的污染，是又一个重要方面。据不完全统计，美、苏从1945年至1962年所进行的核试验，产生出氪-85达7×106居里。还有大量的裂变产物，如锶-90、铯-137等抛入大气层。据美国有关资料透露，仅1945年至1963年，美、苏、英大气层核试验注入平流层的锶-90就高达1.48×107居里。微波污染

微波的波长很短，频率很高。其波长范围是1mm—1m；频率的范围是300-300×103MHz。微波在广播、电视、电话和卫星通讯、军事上的雷达监测，以及微波加热（家庭、食品加工、理疗）等方面有着广泛的应用。但是微波又给环境带来不利影响，起着“电子烟雾”的作用，从而危害人们的健康。微波对人体健康的影响：A.使癌症发病率增高B.伤害眼睛：强度100mW/cm2的微波照射眼睛几分钟，就可以使晶状体出现水肿，严重的则成白内障。强度更高的微波，会使视力完全消失。C.生殖与遗传效应：造成不育、性别比改变、新生婴儿缺陷等。D.引起心血管疾病：心率加快、血压升高、呼吸加快、出汗等严重还会出现抽搐和呼吸障碍，直至死亡。光污染

光污染泛指影响自然环境，对人类正常生活、工作、休息和娱乐带来不利影响，损害人们观察物体的能力，引起人体不舒适感和损害人体健康的各种光。从波长十纳米至一毫米的光辐射，即紫外辐射，可见光和红外辐射，在不同的条件下都可能成为光污染源。光污染的分类

依据不同的分类原则，光污染可以分为不同的类型。国际上一般将光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。不少高档商店和建筑物用大块镜面式铝合金装饰的外墙、玻璃幕墙等形成的光污染属于白亮污染；夜间一些大酒店、大商场和娱乐场所的广告牌、霓虹灯、大城市中设计不合理的夜景照明等，强光直刺天空，使夜间如同白日，这属于人工白昼；舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源则构成了彩光污染。

噪声所谓噪声，从广义来讲，就是人们不需要的声音。一般来讲，一种变化毫无规律、杂乱无章的声音，是典型的噪声。噪声是声波的一种，具有声波的一切特性。

著名噪声公害事件1981年，在美国举行的一次现代派露天音乐会上，当震耳欲聋的音乐声响起后，有300多名听众突然失去知觉，昏迷不醒，100辆救护车到达现场抢救。1959年，美国有10个人“自愿”做噪声实验。当实验用飞机从10名实验者头上10-12米的高度飞过后，有6人当场死亡，4人数小时后死亡。验尸证明10人都死于噪声引起的脑出血。可见这个“声学武器”的威力之大。1960年11月，日本广岛市的一男子被附近工厂发出的噪声折磨得烦恼万分，以致最后刺杀了工厂主。无独有偶，1961年7月，一名日本青年从新泻来到东京找工作，由于住在铁路附近，日夜被频繁过往的客货车的噪声折磨，患了失眠症，不堪忍受痛苦，终于自杀身亡。噪声的物理量（声音）

1、频率

一个物体每秒钟的振动次数，就是该物体的振动频率，单位用“赫”数表示。声波的频率等于造成该声波的物体振动的频率，单位亦为“赫”。例如，某声波的频率是100赫，则造成该声波的物体的振动频率就是100赫，即该物体每秒钟的振动次数是100次。声波频率的高低，反映声调的高低。频率高，声调尖锐；频率低，声调低沉。人耳能听到的声波的频率范围是20～20000赫。20赫以下的称为次声，20000赫以上的称为超声。次声和超声，人耳都感觉不到。而且，从1000赫开始，随着频率的减少，人耳感觉也逐渐迟钝。显然，人耳对低频率噪声较能忍耐，而对高频率噪声则易感烦燥。2、声压

声波在空气中传播时，空气分子在其平衡位置的前后，也沿着波的前进方向前后运动，使空气的密度也随之时疏时密。在声音传播的过程中，空气压力相对于大气压力的压力变化，称为声压。单位：帕。测定较为容易。3、声强（声能）

声音的强度。1秒钟内通过与声音前进方向成垂直的，1平方米面积上的能量。单位：瓦/米2。声强与声压的平方成正比。测定较为困难。4、声压级

飞机发动机噪声的声压为200微巴，而刚刚能听到蚊子飞过的噪声为0.0002微巴，两者声压相差100万倍，声强相差1万亿倍，在度量声音大小时，用这两个指标很不方便（因为人都听见）。

在仪表制造上也难以实现，因此引入了“级”的概念来度量声音的强弱。采用声强（声压之比）的对数就十分方便。（1）Lp=lg(J/Jo)=lg(p2/p02)=2lg(p/p0)

P—被测声压，P0—基准声压，其值=2*10-5牛顿/米2（刚好能为人们所听见）

Lp——声压级（贝尔）J0——声强

贝尔是电话发明家的名字。但贝尔作声压级单位，还是太大，常用它的1/10（分贝）作单位。（2）此时声压级写为：Lp=20Lg（P/P0）（分贝）0分贝的声音刚好能为人们所听到。声压级：被测声压与基准声压之比的对数乘以20的分贝数。（3）几种声音同时发生，则总的声压级不是各声压级的简单算术和，而是按照能量的叠加规律，即压力的平方进行叠加。若有两个噪声，其声压级分别为Lp1分贝和Lp2分贝，由得

得则叠加后的声压级LP1+2由下面计算：

故

5、噪声级（A声级）（1）