大气圈和大气污染.ppt

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1、第二章大气圈和大气污染大气圈和大气污染大气的作用11、供给呼吸所需的、供给呼吸所需的氧气氧气和光合作用所需的和光合作用所需的二氧化碳二氧化碳22、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）33、是水分循环的重要环节、是水分循环的重要环节44、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大气污染大气污染空气污染空气污染大气大气大气圈的构成 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。层结作用层结作用大

2、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 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 指局部的 指局部的图2-1 地球大气的垂直分层 8.848 km均质层非均质层l外来物质在这一层中不易分散均一；l在此常发生较强的光化学反应，从而产生许多带电粒子层间大气的温度变化特点对流层随高度增加温度降低，通常以每千米57比率降低，最低-50主要天气现象和污染活动发生的区域平流层随高度增加温度升高，最高0中间层 随高度增加温度降低，最低-100热层随

3、高度增加温度升高，500 Km时，可达4002000 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和和吸吸收收造成的；热层的造成的；热层的高温高温是由高层大气中的是由高层大气中的电离电离和和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，与该处与该处臭氧臭氧的存在有关；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289 K289 K），主要是由于地面大量），主要是由于地面大量吸收吸收到达到达这里的这里的剩余太阳辐射剩余太阳辐射所致。所致。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：气温：气温：近地面空气的温度

4、；单位：摄氏度近地面空气的温度；单位：摄氏度 测定时的测定时的限制条件限制条件：在室外离地面：在室外离地面1.5m1.5m高、高、不不受阳光直接照射、受阳光直接照射、不不受建筑物遮蔽、受建筑物遮蔽、不不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。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生空气运动的

5、直接原因。生空气运动的直接原因。湿度 湿度是大气中所含水汽多寡的度量。湿度大小关系到大气中水物质的相变，从而成为构成云雾、降水等大气现象的决定因素，也是污染物通过湿沉积从大气中除去的重要气象要素。湿度随高度的分布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，所以有多种不同的单位；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，所以要同时注注明温度和压力明温度和压力浓度单位有：浓度单位有：%（体积分数）、（体积分数）、mol/Lmol/L、g/Lg/L、mg/Lmg/L、g/mg/m33、个数、个数/cm

6、/cm33此外还有此外还有:10:10-6-6（体积分数）、（体积分数）、1010-9-9（体积分数）、（体积分数）、1010-12-12（体积分数）（体积分数）（PP20 20 例例11）ppm,ppb,ppt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对流层大气的四个四个重要的组成部分：重要的组成部分：（11）干空气的气体混合物（干空气的气体混合物（22）水物质水物质（33）大气气溶胶（大气气溶胶（44）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N2O2ArCO2占干空气99%占干空气99.96%占干空气99.996%成分 性质多量成分 多量成分 N N2 2,

7、O,O2 2,Ar,CO Ar,CO2 2永久性气体 永久性气体 不可变成分 不可变成分少量成分 少量成分He,Ne,He,Ne,Kr,Xe Kr,XeCH CH4 4,CO,CO,H H2 2,N,N2 2O,O,O O3 3半永久性气体 半永久性气体微量成分 微量成分H H2 2S,SO S,SO2 2，NH NH3 3，NO NO2 2 可变成分 可变成分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：（11）水的水的凝结凝结和和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；（22

8、）降水降水和和云形成云形成过程即水的相变过程；过程即水的相变过程；（33）雨洗雨洗和和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净化净化至关重要；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。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1010天天左右。左右。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：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

9、化的过程。溶胶粒子，对雨滴所到之处大气进行净化的过程。（44）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应；应；（55）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，水汽水汽和和云云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。大气气溶胶载它们的载它们的空气介质空气介质（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悬浮粒子悬浮粒子，与承，与承作为凝结核促成雨、雾

10、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。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健康的污染物，其健康的污染物，其危害性危害性如下：如下：11）减弱大气能见度；）减弱大气能见度；22）引起地面或物体表面积尘；）引起地面或物体表面积尘；33）与大气中）与大气中SOSO22等形成酸雾或酸性沉降物；等形成酸雾或酸性沉降物；55）细菌、病毒等）细菌、病毒等“活活”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

11、等人体疾病。44）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；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：颗粒物粒度颗粒物粒度 决定颗粒物决定颗粒物进入进入和和滞留滞留于呼吸道的能力；于呼吸道的能力；浓度和化学组成浓度和化学组成决定颗粒物对决定颗粒物对人体生理人体生理的危害程度。的危害程度。大气颗粒物分类：细粒 细粒（0.1 m1 m 0.1 m1 m）表现为酸性，含较大比例阴 表现为酸性，含较大比例阴离子 离子SO SO4 42-2-、NO NO3-3-、Cl Cl-粗粒 粗粒（1m100 m 1m100 m

12、）含多量带碱性的金属离子 含多量带碱性的金属离子Ca Ca2+2+、Mg Mg2+2+等 等细粒的产生过程：（11）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；（22）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：（11）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自然界自然界风力、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。（22）煤粉、水泥粉、石棉颗粒等可在工业生产煤粉、水泥粉、石棉

13、颗粒等可在工业生产过程中由过程中由碾碎碾碎操作产生操作产生大气颗粒物依粒径分布的曲线粒径 10 m,不能通过呼吸道进入粒径 10 m,通过呼吸进入呼吸道从环境监测角度将颗粒物分类：可吸入颗粒物可吸入颗粒物（IPIP）直径小于直径小于10m10m总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物（TSPTSP）直径为直径为0.1m100m0.1m100m直径大于直径大于30m30m，有很大的沉降速度，有很大的沉降速度降尘降尘 大气中颗粒物的大小和沉降速率直径直径小于小于2.5m2.5m的颗粒的颗粒(PM2.5)(PM2.5)能通过呼吸过能通过呼吸过程深入人体肺部，程深入人体肺部，2.5m10m2.5m10m的颗粒又易沉积

14、的颗粒又易沉积在上呼吸道，所以对人体特别有害。在上呼吸道，所以对人体特别有害。可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（IPIP）:动力学直径小于动力学直径小于10 10 m（PM10PM10）可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（IPIP）的危害：）的危害：PM2 PM2 5 5（小于（小于2 2 5 5微米的颗粒）又称为可 微米的颗粒）又称为可入肺 入肺颗 颗粒，能够进入人体肺泡甚至血液系统中去，直接导致心血管 粒，能够进入人体肺泡甚至血液系统中去，直接导致心血管病等疾病。病等疾病。主要来源：主要来源：机动车尾气尘，燃油尘，硫酸盐，机动车尾气尘，燃油尘，硫酸盐，餐饮油烟尘，建筑水泥尘，煤烟尘，餐饮油烟尘，建筑水泥

15、尘，煤烟尘，硝酸盐等。硝酸盐等。PM2.5 PM2.5来源也存在明显的季节差异。来源也存在明显的季节差异。夏季 夏季PM2.5 PM2.5受煤烟尘影响小，冬季 受煤烟尘影响小，冬季PM2.5 PM2.5受煤烟尘影响增大 受煤烟尘影响增大PM2 PM2 5 5的 的比表面积较大 比表面积较大，通常富集各种重金属元素（如，通常富集各种重金属元素（如As As、Se Se、Pb Pb、Cr Cr等）和 等）和PAHs(PAHs(多环芳烃 多环芳烃)、PCDD/Fs PCDD/Fs（二噁英（二噁英）、）、VOCs(VOCs(挥发性有机化合物 挥发性有机化合物)等有机污染物，这些多为致 等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。PM2.5 PM2.5指数已成为一个重要的测控空气污染程度的指数 指数已成为一个重要的测控空气污染程度的指数英国环境部门的研究结果表明，英国环境部门的研究结果表明，PM2.5 PM2.5在大气中停留的时间 在大气中停留的时间为 为7-30 7-30天 天，所以这种颗粒可以长距离传输从而造成更大更远，所以这种颗粒可以长距离传输从而造成更大更远距离的污染。距离的污染。文献表明，上海的PM2.5日均浓度较南京和杭州略低，在50-150 g/m3 变化；年日均值为45-50 g/m3。