第二章 大气圈和大气污染.ppt

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1、第二章第二章大气圈和大气污染大气圈和大气污染大气圈和大气污染大气圈和大气污染大气的作用大气的作用1 1、供给呼吸所需的、供给呼吸所需的、供给呼吸所需的、供给呼吸所需的氧气氧气氧气氧气和光合作用所需的和光合作用所需的和光合作用所需的和光合作用所需的二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳2 2、使生命免受紫外线的伤害（由于大气的阻挡）、使生命免受紫外线的伤害（由于大气的阻挡）、使生命免受紫外线的伤害（由于大气的阻挡）、使生命免受紫外线的伤害（由于大气的阻挡）3 3、是水分循环的重要环节、是水分循环的重要环节、是水分循环的重要环节、是水分循环的重要环节4 4、稀释排放的废气并通过降水不断净化、稀释排放的废

2、气并通过降水不断净化、稀释排放的废气并通过降水不断净化、稀释排放的废气并通过降水不断净化空气空气空气空气大气污染大气污染大气污染大气污染空气污染空气污染空气污染空气污染大气大气大气大气大气圈的构成大气圈的构成 大气的垂直分层大气的垂直分层大气的垂直分层大气的垂直分层 大气层受重力吸引，最大密度地紧靠地球表面，随高度大气层受重力吸引，最大密度地紧靠地球表面，随高度大气层受重力吸引，最大密度地紧靠地球表面，随高度大气层受重力吸引，最大密度地紧靠地球表面，随高度的增加，逐渐变得稀薄。的增加，逐渐变得稀薄。的增加，逐渐变得稀薄。的增加，逐渐变得稀薄。层结作用层结作用层结作用层结作用大气在垂直方向自然分

3、层的作用大气在垂直方向自然分层的作用大气在垂直方向自然分层的作用大气在垂直方向自然分层的作用以大区域或全球性的气流为研究对象以大区域或全球性的气流为研究对象以大区域或全球性的气流为研究对象以大区域或全球性的气流为研究对象供人类和动植物活动的某个场所的气体环境供人类和动植物活动的某个场所的气体环境供人类和动植物活动的某个场所的气体环境供人类和动植物活动的某个场所的气体环境指广泛的、大区域的指广泛的、大区域的指广泛的、大区域的指广泛的、大区域的指局部的指局部的指局部的指局部的图图2-1 2-1 地球大气的垂直分层地球大气的垂直分层 8.848 km8.848 km均质层均质层非均质层非均质层l外来

4、物质在这一层中外来物质在这一层中不易分散均一；不易分散均一；l在此常发生较强的光在此常发生较强的光化学反应，从而产生化学反应，从而产生许多带电粒子许多带电粒子层间大气的温度变化特点层间大气的温度变化特点对流层对流层随高度增加温度降低随高度增加温度降低，通常以每千米，通常以每千米5577比率降低，最低比率降低，最低-50-50主要天气现象和污染活动发生的区域主要天气现象和污染活动发生的区域平流层平流层随高度增加温度升高随高度增加温度升高，最高，最高00中间层中间层随高度增加温度降低随高度增加温度降低，最低，最低-100-100热层热层随高度增加温度升高随高度增加温度升高，500 500 Km时，

5、可达时，可达40040020002000 大气层中温度的这种变化特点是由大气层中温度的这种变化特点是由大气层中温度的这种变化特点是由大气层中温度的这种变化特点是由辐射辐射辐射辐射和和和和吸吸吸吸收收收收造成的；热层的造成的；热层的造成的；热层的造成的；热层的高温高温高温高温是由高层大气中的是由高层大气中的是由高层大气中的是由高层大气中的电离电离电离电离和和和和分解分解分解分解反应造成的；平流层顶出现的温度最高值，反应造成的；平流层顶出现的温度最高值，反应造成的；平流层顶出现的温度最高值，反应造成的；平流层顶出现的温度最高值，与该处与该处与该处与该处臭氧臭氧臭氧臭氧的存在有关；地表面的较高温度值

6、的存在有关；地表面的较高温度值的存在有关；地表面的较高温度值的存在有关；地表面的较高温度值（平均（平均（平均（平均289 K289 K289 K289 K），主要是由于地面大量），主要是由于地面大量），主要是由于地面大量），主要是由于地面大量吸收吸收吸收吸收到达到达到达到达这里的这里的这里的这里的剩余太阳辐射剩余太阳辐射剩余太阳辐射剩余太阳辐射所致。所致。所致。所致。产生这种温度分布的产生这种温度分布的产生这种温度分布的产生这种温度分布的物理原因物理原因物理原因物理原因：气温：气温：气温：气温：近地面空气的温度；单位：摄氏度近地面空气的温度；单位：摄氏度近地面空气的温度；单位：摄氏度近地面空气

7、的温度；单位：摄氏度 测定时的测定时的测定时的测定时的限制条件限制条件限制条件限制条件：在室外离地面：在室外离地面：在室外离地面：在室外离地面1.5m1.5m1.5m1.5m高、高、高、高、不不不不受阳光直接照射、受阳光直接照射、受阳光直接照射、受阳光直接照射、不不不不受建筑物遮蔽、受建筑物遮蔽、受建筑物遮蔽、受建筑物遮蔽、不不不不受降水和强受降水和强受降水和强受降水和强风影响而保持空气流通。风影响而保持空气流通。风影响而保持空气流通。风影响而保持空气流通。气压：气压：气压：气压：某一高度上每单位面积的气压由在它上面的空某一高度上每单位面积的气压由在它上面的空某一高度上每单位面积的气压由在它上

8、面的空某一高度上每单位面积的气压由在它上面的空气柱所产生的重力决定。气柱所产生的重力决定。气柱所产生的重力决定。气柱所产生的重力决定。气压随高度上升而下降气压随高度上升而下降气压随高度上升而下降气压随高度上升而下降。气压也是影响大气污染程度的气象要素之气压也是影响大气污染程度的气象要素之气压也是影响大气污染程度的气象要素之气压也是影响大气污染程度的气象要素之一。水平方向上气压分布的不均匀性是产一。水平方向上气压分布的不均匀性是产一。水平方向上气压分布的不均匀性是产一。水平方向上气压分布的不均匀性是产生空气运动的直接原因。生空气运动的直接原因。生空气运动的直接原因。生空气运动的直接原因。湿度湿度

9、 湿度是大气中所含湿度是大气中所含水汽多寡水汽多寡的度量。的度量。湿度大小关系到大气中水物质的相变，湿度大小关系到大气中水物质的相变，从而成为构成从而成为构成云雾、降水云雾、降水等大气现象的决定等大气现象的决定因素，也是污染物通过因素，也是污染物通过湿沉积湿沉积从大气中除去从大气中除去的的重要气象要素重要气象要素。湿度随高度的分布湿度随高度的分布大气组分浓度表示法大气组分浓度表示法由于各组分物理形态各异且浓度相差悬殊，所由于各组分物理形态各异且浓度相差悬殊，所由于各组分物理形态各异且浓度相差悬殊，所由于各组分物理形态各异且浓度相差悬殊，所以有多种不同的单位；以有多种不同的单位；以有多种不同的单

10、位；以有多种不同的单位；气体组分浓度随温度、压力变化，所以要同时气体组分浓度随温度、压力变化，所以要同时气体组分浓度随温度、压力变化，所以要同时气体组分浓度随温度、压力变化，所以要同时注注注注明温度和压力明温度和压力明温度和压力明温度和压力 浓度单位有：浓度单位有：浓度单位有：浓度单位有：%（体积分数）、（体积分数）、（体积分数）、（体积分数）、mol/Lmol/L、g/Lg/L、mg/Lmg/L、g/mg/m3 3、个数、个数、个数、个数/cm/cm3 3此外还有此外还有此外还有此外还有:10:10-6-6（体积分数）、（体积分数）、（体积分数）、（体积分数）、1010-9-9（体积分数）、

11、（体积分数）、（体积分数）、（体积分数）、1010-12-12（体积分数）（体积分数）（体积分数）（体积分数）（P P20 20 例例例例1 1）ppm,ppb,pptppm,ppb,ppt现不作为气体浓度单位使用现不作为气体浓度单位使用对流层大气的组成和性质对流层大气的组成和性质对流层大气的对流层大气的对流层大气的对流层大气的四个四个四个四个重要的组成部分：重要的组成部分：重要的组成部分：重要的组成部分：（1 1）干空气的气体混合物（干空气的气体混合物（干空气的气体混合物（干空气的气体混合物（2 2）水物质水物质水物质水物质（3 3）大气气溶胶（大气气溶胶（大气气溶胶（大气气溶胶（4 4）活

12、性自由基活性自由基活性自由基活性自由基干空气的气体混合物干空气的气体混合物干空气的气体混合物干空气的气体混合物N2O2ArCO2占干空气占干空气99%占干空气占干空气99.96%占干空气占干空气99.996%成分成分性质性质多量成分多量成分多量成分多量成分N N2 2,O,O2 2,Ar,COAr,CO2 2永久性气体永久性气体永久性气体永久性气体 不可变成分不可变成分不可变成分不可变成分少量成分少量成分少量成分少量成分He,Ne,He,Ne,Kr,XeKr,XeCHCH4 4,CO,CO,H H2 2,N,N2 2O,O,OO3 3半永久性气体半永久性气体半永久性气体半永久性气体微量成分微量

13、成分微量成分微量成分H H2 2S,SOS,SO2 2，NHNH3 3，NONO2 2可变成分可变成分可变成分可变成分大气中的水物质和降水大气中的水物质和降水 水物质在大气中的循环与以下过程有关：水物质在大气中的循环与以下过程有关：水物质在大气中的循环与以下过程有关：水物质在大气中的循环与以下过程有关：（1 1 1 1）水的水的水的水的凝结凝结凝结凝结和和和和蒸发蒸发蒸发蒸发对大气过程的热力学和大对大气过程的热力学和大对大气过程的热力学和大对大气过程的热力学和大气的垂直稳定度有重要的影响；气的垂直稳定度有重要的影响；气的垂直稳定度有重要的影响；气的垂直稳定度有重要的影响；（2 2 2 2）降水

14、降水降水降水和和和和云形成云形成云形成云形成过程即水的相变过程；过程即水的相变过程；过程即水的相变过程；过程即水的相变过程；（3 3 3 3）雨洗雨洗雨洗雨洗和和和和洗脱洗脱洗脱洗脱两个过程对大气污染物的两个过程对大气污染物的两个过程对大气污染物的两个过程对大气污染物的净化净化净化净化至关重要；至关重要；至关重要；至关重要；大气中的水物质以液态、气态和固态存在。大气中的水物质以液态、气态和固态存在。大气中的水物质以液态、气态和固态存在。大气中的水物质以液态、气态和固态存在。浓度是易变的，在大气中的停留时间为浓度是易变的，在大气中的停留时间为浓度是易变的，在大气中的停留时间为浓度是易变的，在大气

15、中的停留时间为10101010天天天天左右。左右。左右。左右。雨洗雨洗雨洗雨洗：发生在云层之中，是雨滴将云中小：发生在云层之中，是雨滴将云中小：发生在云层之中，是雨滴将云中小：发生在云层之中，是雨滴将云中小颗粒物（云的凝结核）去除的一种作用。颗粒物（云的凝结核）去除的一种作用。颗粒物（云的凝结核）去除的一种作用。颗粒物（云的凝结核）去除的一种作用。洗脱洗脱洗脱洗脱：发生在云层之下，是雨滴溶解气体或俘获气：发生在云层之下，是雨滴溶解气体或俘获气：发生在云层之下，是雨滴溶解气体或俘获气：发生在云层之下，是雨滴溶解气体或俘获气溶胶粒子，对雨滴所到之处大气进行净化的过程。溶胶粒子，对雨滴所到之处大气进

16、行净化的过程。溶胶粒子，对雨滴所到之处大气进行净化的过程。溶胶粒子，对雨滴所到之处大气进行净化的过程。（4 4）与大气中所含其他物质直接发生化学反应，或）与大气中所含其他物质直接发生化学反应，或）与大气中所含其他物质直接发生化学反应，或）与大气中所含其他物质直接发生化学反应，或者在形成水溶液之后，在溶液中进一步发生化学反者在形成水溶液之后，在溶液中进一步发生化学反者在形成水溶液之后，在溶液中进一步发生化学反者在形成水溶液之后，在溶液中进一步发生化学反应；应；应；应；（5 5）太阳辐射贯穿大气层的过程中，）太阳辐射贯穿大气层的过程中，）太阳辐射贯穿大气层的过程中，）太阳辐射贯穿大气层的过程中，水

17、汽水汽水汽水汽和和和和云云云云对辐对辐对辐对辐射线的大量吸收起着重要作用。射线的大量吸收起着重要作用。射线的大量吸收起着重要作用。射线的大量吸收起着重要作用。大气气溶胶大气气溶胶载它们的载它们的载它们的载它们的空气介质空气介质空气介质空气介质（气体组分）一起组成（气体组分）一起组成（气体组分）一起组成（气体组分）一起组成大气气溶胶大气气溶胶大气气溶胶大气气溶胶体系。体系。体系。体系。大气中含有大量固体或液体的大气中含有大量固体或液体的大气中含有大量固体或液体的大气中含有大量固体或液体的悬浮粒子悬浮粒子悬浮粒子悬浮粒子，与承，与承，与承，与承作为凝结核促成雨、雾生成，增强云层对作为凝结核促成雨、

18、雾生成，增强云层对作为凝结核促成雨、雾生成，增强云层对作为凝结核促成雨、雾生成，增强云层对阳光反射能力以及控制地表温度升降幅度等。阳光反射能力以及控制地表温度升降幅度等。阳光反射能力以及控制地表温度升降幅度等。阳光反射能力以及控制地表温度升降幅度等。大气颗粒物存在的积极意义大气颗粒物存在的积极意义气溶胶体系可能包含数百种有碍环境和生物气溶胶体系可能包含数百种有碍环境和生物气溶胶体系可能包含数百种有碍环境和生物气溶胶体系可能包含数百种有碍环境和生物健康的污染物，其健康的污染物，其健康的污染物，其健康的污染物，其危害性危害性危害性危害性如下：如下：如下：如下：1 1 1 1）减弱大气能见度；）减弱

19、大气能见度；）减弱大气能见度；）减弱大气能见度；2 2 2 2）引起地面或物体表面积尘；）引起地面或物体表面积尘；）引起地面或物体表面积尘；）引起地面或物体表面积尘；3 3 3 3）与大气中）与大气中）与大气中）与大气中SOSOSOSO2 2 2 2等形成酸雾或酸性沉降物；等形成酸雾或酸性沉降物；等形成酸雾或酸性沉降物；等形成酸雾或酸性沉降物；5 5）细菌、病毒等）细菌、病毒等）细菌、病毒等）细菌、病毒等“活活活活”的颗粒物在气流中传播，的颗粒物在气流中传播，的颗粒物在气流中传播，的颗粒物在气流中传播，引发感冒、支气管炎等人体疾病。引发感冒、支气管炎等人体疾病。引发感冒、支气管炎等人体疾病。引

20、发感冒、支气管炎等人体疾病。4 4 4 4）降落在金属器件上的尘粒成为强蚀点，）降落在金属器件上的尘粒成为强蚀点，）降落在金属器件上的尘粒成为强蚀点，）降落在金属器件上的尘粒成为强蚀点，加速器件腐蚀；加速器件腐蚀；加速器件腐蚀；加速器件腐蚀；大气气溶胶对人体大气气溶胶对人体大气气溶胶对人体大气气溶胶对人体危害程度的决定因素有危害程度的决定因素有危害程度的决定因素有危害程度的决定因素有：颗粒物粒度颗粒物粒度颗粒物粒度颗粒物粒度 决定颗粒物决定颗粒物决定颗粒物决定颗粒物进入进入进入进入和和和和滞留滞留滞留滞留于呼吸道的能力；于呼吸道的能力；于呼吸道的能力；于呼吸道的能力；浓度和化学组成浓度和化学组

21、成浓度和化学组成浓度和化学组成决定颗粒物对决定颗粒物对决定颗粒物对决定颗粒物对人体生理人体生理人体生理人体生理的危害程度。的危害程度。的危害程度。的危害程度。大气颗粒物分类：大气颗粒物分类：细粒细粒细粒细粒（0.1 m1 m0.1 m1 m0.1 m1 m0.1 m1 m）表现为酸性，含较大比例阴表现为酸性，含较大比例阴表现为酸性，含较大比例阴表现为酸性，含较大比例阴离子离子离子离子SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-、NONONONO3-3-3-3-、ClClClCl-粗粒粗粒粗粒粗粒（1m100 m1m100 m1m100 m1m100 m）含多量带碱性的金属离子含多量带碱性的金

22、属离子含多量带碱性的金属离子含多量带碱性的金属离子CaCaCaCa2+2+2+2+、MgMgMgMg2+2+2+2+等等等等细粒的产生过程：细粒的产生过程：（1 1 1 1）通过大气中化学反应生成过饱和蒸气，通过大气中化学反应生成过饱和蒸气，通过大气中化学反应生成过饱和蒸气，通过大气中化学反应生成过饱和蒸气，随后又在温度不太高的空气中凝结为颗粒物；随后又在温度不太高的空气中凝结为颗粒物；随后又在温度不太高的空气中凝结为颗粒物；随后又在温度不太高的空气中凝结为颗粒物；（2 2 2 2）在高温燃烧中产生。在高温燃烧中产生。在高温燃烧中产生。在高温燃烧中产生。粗粒一般由机械分散过程而产生：粗粒一般由

23、机械分散过程而产生：（1 1 1 1）如岩石风化产生的颗粒、海洋喷沫产生的雾如岩石风化产生的颗粒、海洋喷沫产生的雾如岩石风化产生的颗粒、海洋喷沫产生的雾如岩石风化产生的颗粒、海洋喷沫产生的雾滴及火山灰尘埃可由滴及火山灰尘埃可由滴及火山灰尘埃可由滴及火山灰尘埃可由自然界自然界自然界自然界风力、水力、火山喷发风力、水力、火山喷发风力、水力、火山喷发风力、水力、火山喷发力等因素形成。力等因素形成。力等因素形成。力等因素形成。（2 2 2 2）煤粉、水泥粉、石棉颗粒等可在工业生产煤粉、水泥粉、石棉颗粒等可在工业生产煤粉、水泥粉、石棉颗粒等可在工业生产煤粉、水泥粉、石棉颗粒等可在工业生产过程中由过程中由

24、过程中由过程中由碾碎碾碎碾碎碾碎操作产生操作产生操作产生操作产生大气颗粒物依粒径分布的曲线大气颗粒物依粒径分布的曲线粒径粒径 10 10 m m,不能通过呼吸道进入不能通过呼吸道进入粒径粒径 0r0r0r0）干沉积干沉积干沉积干沉积大气污染物通过重力沉降或被地面建大气污染物通过重力沉降或被地面建筑物、树木等阻留从而淀积在筑物、树木等阻留从而淀积在地面地面的过程，的过程，或者是进入人或其他动物或者是进入人或其他动物呼吸道呼吸道（器官）（器官）并积留于该处的过程为干沉积。并积留于该处的过程为干沉积。量纲：量纲：长度长度/时间时间干沉积率：干沉积率：质量质量/面积面积.时间时间对于直径范围对于直径范

25、围1.5m100m的粒子，的粒子，用以下公式来表述重力沉降速度：用以下公式来表述重力沉降速度：2 2（1 1-2 2）grgr2 2u=u=99cm/s式中：式中：式中：式中：空气粘度；空气粘度；空气粘度；空气粘度；1 1粒子密度粒子密度粒子密度粒子密度 2 2空气密度；空气密度；空气密度；空气密度；gg重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度rr粒子半径粒子半径粒子半径粒子半径雨洗过程：当作为凝结核时，雨洗过程：当作为凝结核时，雨洗过程：当作为凝结核时，雨洗过程：当作为凝结核时，大的颗粒物大的颗粒物大的颗粒物大的颗粒物就会以就会以就会以就会以夹带在雨滴或水粒中的形式被带至地面，夹带在雨滴或水

26、粒中的形式被带至地面，夹带在雨滴或水粒中的形式被带至地面，夹带在雨滴或水粒中的形式被带至地面，小于小于小于小于0.10.1mm的粒子，依附在水滴上，因而也包括在被雨洗的粒子，依附在水滴上，因而也包括在被雨洗的粒子，依附在水滴上，因而也包括在被雨洗的粒子，依附在水滴上，因而也包括在被雨洗过程。过程。过程。过程。对于对于对于对于大的颗粒物大的颗粒物大的颗粒物大的颗粒物来说，消除的过程包括：来说，消除的过程包括：来说，消除的过程包括：来说，消除的过程包括：沉降沉降碰撞碰撞碰撞碰撞云的凝结核云的凝结核云的凝结核云的凝结核雨洗雨洗雨洗雨洗洗脱洗脱洗脱洗脱2-11 2-11 大气悬浮颗粒物的消除过程大气悬

27、浮颗粒物的消除过程 注意：干沉积是大注意：干沉积是大气中气中悬浮颗粒物悬浮颗粒物的的主要主要消除过程消除过程湿沉积湿沉积大气中所含污染气体或微粒物质通大气中所含污染气体或微粒物质通过过雨洗雨洗、洗脱洗脱作用随降水降落并积留在作用随降水降落并积留在地表的过程称为地表的过程称为湿沉积湿沉积。注意：湿沉积是注意：湿沉积是污染气体污染气体在大气中被消在大气中被消除的除的重要重要过程。过程。大气光化学反应大气光化学反应(1)(1)由由由由自然因素自然因素自然因素自然因素进入环境大气的微量气体大多是还原进入环境大气的微量气体大多是还原进入环境大气的微量气体大多是还原进入环境大气的微量气体大多是还原态的，如

28、态的，如态的，如态的，如COCO、CHCH4 4、NHNH3 3、H H2 2S S等。等。等。等。(2)(2)由由由由人为因素人为因素人为因素人为因素造成的大气污染物也大多是化学价态造成的大气污染物也大多是化学价态造成的大气污染物也大多是化学价态造成的大气污染物也大多是化学价态相对较低的化合物，如相对较低的化合物，如相对较低的化合物，如相对较低的化合物，如NONO、SOSO2 2等。等。等。等。(3)(3)存在于大气中的各种来源的存在于大气中的各种来源的存在于大气中的各种来源的存在于大气中的各种来源的有机污染物有机污染物有机污染物有机污染物都可以看都可以看都可以看都可以看作为作为作为作为还原

29、性物质还原性物质还原性物质还原性物质。上述这些污染物在上述这些污染物在上述这些污染物在上述这些污染物在氧化性的大气层氧化性的大气层氧化性的大气层氧化性的大气层中很容易被氧化中很容易被氧化中很容易被氧化中很容易被氧化为高氧化态物质为高氧化态物质为高氧化态物质为高氧化态物质间接光化学反应间接光化学反应：HO和和O3等与污染物之间等与污染物之间发生的反应。发生的反应。直接光离解反应直接光离解反应：污染物分子在被光量子激：污染物分子在被光量子激发后，即刻在其激发态的振动周期内离解为发后，即刻在其激发态的振动周期内离解为其构成原子或原子团的过程。其构成原子或原子团的过程。大多是光化学反应过程的产物大多是光化学反应过程的产物大多是光化学反应过程的产物大多是光化学反应过程的产物 (对流层中最重要的对流层中最重要的)氧化剂：氧化剂：HOHO 和和 O O3 3