城市气象学课件：03城市大气污染_new

1、大气污染,大气污染的定义：根据ISO，由于人类活动或自然过程引起的某些物质释入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境,内容提要,简史 空气污染物（类型和源地） 影响污染的因素 空气污染和城市环境 酸沉降 室内污染 扩散模式及练习题,人类发明火以后，“烟问题”； 爱德华一世国王在1273年签署一项法令禁止使用海煤； 在1850前，伦敦 “浓豌豆汤”雾而声名狼藉； 1911年前后，“smog”(烟雾)一词，烟和雾的混合体； 1952年12月的第一周，伦敦灾难(煤烟型烟雾)； 工业革命把污染带入美国(光化学烟雾)； 中国的污染.我们还要走发达国家的

2、老路吗？！,一、大气污染简史,悬浮空中之固态、液态、气态物质，威胁人类与动植物健康、损害建筑、毒化环境者。源于自然或人类活动。,二、空气污染物,一次污染物,直接排放入大气中的空气污染物,氮氧化物,一次污染物和源地(自然),一次污染物和源地(人为：工业),一次污染物和源地(人为：个人),一次污染物和空气中的某些成分经过化学反应才成为的污染物，称二次污染物， 如水汽和其他污染物等反应生成的污染物，硝酸、硫酸、臭氧等。,二次污染物,主要空气污染物,气溶胶 一氧化碳（CO） 二氧化硫（SO2 ） 挥发性有机化合物（VOCs） 氮氧化物 近地层臭氧,气溶胶,足够小的能悬浮在空气中的固态粒子和液滴 有些使

3、人不愉快但无害，有些是危险的。,气溶胶粒子在大气过程中的作用,在云雾降水中的作用：凝结核 对大气辐射过程的影响：散射和吸收 对大气光学特性的影响：大气能见度 对大气电学特性的影响：捕获带电离子，影响大气电场 在大气化学过程中的作用：吸附或参与反应生成新的微粒,一氧化碳,城市空气主要污染物，无色，无味，巨毒的气体(易被红血球获得)，由含碳燃料的不完全燃烧产生。一次污染物中最丰富。,二氧化硫,无色有臭味气体，主要是由燃烧含硫化石燃料而来（如煤和石油）， 源地：发电厂、加热设备、熔炉、石油精练和造纸厂等，火山喷发、或从海洋飞沫中的硫酸盐粒子而来。 危害：呼吸、减少某些植物产量、生成硫酸。,英国伦敦烟

4、雾主要物质为飘尘和这种物质。,挥发性有机化合物(VOCs),主要是碳氢化合物，单独的有机化合物由氢和碳组成。室温环境是固、液和气态存在。数千种，但甲烷（自然产生，对健康危害未知）是最丰富的，其他包括苯、醛和一些氟氯烃。 某些(如苯)致癌，一些反应成为二次有害污染物,氮氧化物,来自燃料高温燃烧时氧和氮的反应。两种主要的氮污染物是NO2和NO，统称NOx，或氮氧化物。,伤害心肺、呼吸器官，生成硝酸、导致光化学烟雾。,对流层臭氧,光化学烟雾 “落衫基烟雾”,平流层臭氧和臭氧洞,南极臭氧洞,北极臭氧洞,污染物对臭氧层的破坏,NO+O3NO2+O2 NO2+ONO+O2,氟立昂(CFCs)进入平流层，紫

5、外能量使其分解成Cl原子，然后进行下面的过程： Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2,平流层臭氧减少的后果,皮肤癌增加； 眼睛白内障和太阳灼伤骤增； 人的免疫系统受抑制； 紫外辐射对农作物和动物有不利影响； 海洋浮游植物生长减缓； 平流层变冷导致气流方式改变，影响O3的生成和损耗。,三、影响污染的因素,风的影响； 逆温； 大气稳定度； 地形的作用,风的影响,逆温层,下沉逆温,大气稳定度,地形的作用,四、空气污染和城市环境,城市热岛效应：城市比周围乡村暖,强热岛： 夜晚 冬天夜晚长 被高压控制，晴朗、无风空气潮湿。,北京城市热岛,城市空气污染,五、酸沉降,酸性分布,1980年,酸雨的影响

6、,六、室内污染,继“煤烟型”(伦敦烟雾)、“光化学烟雾型”（落杉基烟雾）的污染后， 现代人正进入“室内空气污染”为标志的第三污染时期。,室内污染的重要污染物质,甲醛,一种无色易溶的刺激性气体，甲醛可经呼吸道吸收。 有致畸、致癌作用，长期接触甲醛，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症。对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。,氨,一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，碱性物质。 吸收组织水分，破坏细胞膜结构，减弱人体对疾病的抵抗力。浓度过高有腐蚀作用，还会导致心脏停搏和呼吸停止。,苯,无色具有特殊芳香气味的液体，是室内挥发性有机物的一种。 已经被确认是严重致癌物质。 中毒会造成嗜睡、头痛

7、、头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感、视物模糊，震颤、呼吸浅而快、心律不齐、抽搐和昏迷。 苯在各种建筑材料的有机溶剂中大量存在，比如各种油漆的添加剂和一些防水材料等等。,氡,由镭衰变产生的自然界惟一的天然放射性惰性气体，它没有颜色，也没有任何气味。 容易被呼吸系统截留，并在局部区域不断累积而诱发肺癌。氡是导致人类肺癌的第二大杀手（吸烟第一），世界卫生组织把它列为使人致癌的19种物质之一。,天然石材的放射性,各种天然石材由于产地、地质结构和生成年代不同，其放射性也不同。 国家质量技术监督局曾对市场上的天然石材进行了监督抽查，从检测结果看，其中花岗岩超标较多，放射性较高。天然石材中的放射性危害主要有两个

8、方面，即体内辐射与体外辐射。,居室环境的卫生防护,通风换气； 合理采光； 新装修的房屋经通风换气后请有检验资格的技术部门检验合格后方宜入住。,我国公布空气质量,1998年2月28日，北京市开始向社会公布空气质量周报； 1999年3月1日，开始公布空气质量日报； 1999年6月1日，北京市在全国率先公布对人体健康威胁较大的可吸入颗粒物； 1999年8月1日，公布二氧化氮； 目前，每天公布的空气质量指标共5项：二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、可吸入颗粒物(PM10)。,空气污染指数,空气中存在着各种各样的污染物，就一个地区而言，各种污染物浓度交替变化。为了评

9、估该地区的空气质量，目前世界上许多发达国家或地区，采用空气污染指数(简称API)来表示区域空气质量状况。 API是将一系列复杂繁多的监测数据，按一定方法进行处理，变成广大市民便于理解和掌握的形式。目前，我国空气质量划分为五级7档。,空气质量报告,1984年北京市在全国率先建立空气质量自动监测系统。 监测空气中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)、臭氧和可吸入颗粒物等污染物，以及测定温度、湿度、风向、风速等气象参数。 目前的空气质量日报是根据国家环保局认证的、位于市区7个国控监测点位的监测数据，经换算为空气污染指数后，通过新闻媒体(WWW)向群众公布。,空气质量级别,七、扩散模式：

10、无界空间连续点源扩散模式,高架连续点源扩散,高架连续点源的扩散必须考虑地表对扩散的影响，最简单的方法是假设地表对污染物没有吸收、吸附作用，即全反射，可以用“像源”法处理。 空间任一点的浓度可以看成两部分浓度之和：一部分是不存在地面时该点的浓度；另一部分是由于地面全反射作用而增加的污染物浓度。相当于不存在地面时位置在（0，0，H）实源和在（0，0，H）的“像源”在该点造成的浓度之和。,城市大气污染的扩散模式,城市中分布有大量的污染源，在模式计算时，一般采用固定坐标系，即x轴指向东方，y轴指向北方，z轴指向天顶，简称EON坐标系，污染源和计算点的位置也是固定在这个坐标系中的。在计算各个风向、各个污

11、染源的污染物扩散浓度时，前面介绍的模式都是选用x轴指向平均风向，因而这涉及到坐标系的变换问题。 在EON坐标系中，设污染源坐标为（Ep, Np），计算点坐标为(Er, Nr)，风向与E轴的夹角为，则在平均风坐标系中，计算点的坐标(x,y)为,E,坐标变换图,编程练习(选作),计算区域：4000m4000m，网格间距均为100m，即计算点总数为4141个。 污染源数据：共3个污染源，排放二氧化硫 源序号 有效源高m 坐标m 源强mg/s 40 (1700,2000) 8000 60 (2000,2000) 10000 3 40 (2300,2000) 9000,风资料：某天4个时刻的风向、风速、稳定度资料 时刻 风向 稳定度 风速 水平扩散参数 垂直扩散参数 0800 W D 2.5 0.11*X0.93 0.10*X0.83 S B 4.0 0.28*X0.92 0.13*X0.96 E D 3.0 0.11*X0