大气环境化学课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、环境化学化学系 赵一兵第1页第二章 大气环境化学第一节大气中污染物迁移第二节大气中污染物转化第三节大气污染防治内容提要及重点要求 l主要介绍了大气结构,大气中主要得染物及其迁移,光化学反应基础,主要大气污染化学问题及其形成机制。要求了解大气层结结构,大气中主要污染物,大气运动基本规律。掌握污染物遵照这些规律而发生迁移过程,尤其是主要污染物参加光化学烟雾和硫酸型烟雾形成过程和机理。还应了解描述大气污染数学模式和酸雨、温室效应以及臭氧层破坏等全球性环境问题。第3页第一节大气中污染物迁移l污染物在大气中迁移是指由污染源排放出来污染物因为空气运动使其传输和分散过程。迁移过程可使污染物浓度降低。大气圈中
2、空气运动主要是因为温度差异而引发。这里首先介绍大气温度层结及因为温度差异而引发空气运动规律,进而介绍污染物遵照这些规律在大气中迁移过程。第4页一、大气温度层结 l因为地球旋转作用以及距地面不一样高度各层次大气对太阳辐射吸收程度上差异,使得描述大气状态温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。人们通常把静大气温度和密度在垂直方向上分布,称为大气温度层结和大气密度层结。图2-1和图2-2分别给出大气中经典温度层结和密度层结。第5页图2-1 大气温度垂直分布第6页图2-2 大气密度垂直分布第7页大气温度层结l依据大气温度层结、密度层结和运动规律,可将大气划分为:对流层平流层中间层热层逸散层第8页
3、对流层l对流层是大气底层,其平均厚度为12km。该层内气温随高度增加而降低。因为对流层内大气主要热源是来自地面长波辐射,故离地面越近气温就越高;离地面越远气温则越低。随高度升高气温降低率称为大气垂直递减率。第9页l在对流层中,因为低层空气受热不均匀,当气块所受浮力与重力不相等时会出现气体垂直对流运动。对流强烈时,气体垂直上升速度可高达3040m/s。这么便使对流层上下空气发生交换。伴伴随这种运动,由污染源排放到大气中污染物便可被输送到远方,而且因为分散作用而降低了污染物浓度。大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中。这一层内含有全部大气质量3/4大气和几乎全部水汽,加之空气运动会造成风、雨、雷电
4、和冷暖转变等复杂天气现象。另外,从污染源排放出污染物几乎都直接进入对流层,因而这些污染物迁移转化过程也主要发生在这一层内。第10页平流层l平流层位于对流层之上,其高度约在1755km之间。该层内气体状态非常稳定。在25km以下低层,随高度增加气温保持不变或稍有上升。从25km开始,气温随高度增加而升高。到平流层顶时,温度可靠近0。第11页l臭氧层:在1535km高度范围,其浓度在25km处到达最大。臭氧分子能够吸收来自太阳紫外辐射而分解为氧原子和氧分子,当它们又重新化合为臭氧分子时,便可释放出大量热能,这就是平流层温度升高原因。平流层内因为上热下冷,空气垂直对流运动很小,只能随地球自转而产生平
5、流运动。故污染物进入平流层后,它会由此而形成一薄层,使污染物遍布全球。平流层内水汽和尘埃都极少,几乎没有云、雨等天气现象出现。大气透明度也很好,当代超高速飞机多在平流层底部飞行,既平稳又安全。然而飞机排放出来废物可破坏臭氧层,因而成了人们关注全球性环境问题。第12页中间层l中间层处于从平流层顶到约85km高度。这层显著特点是气温随高度增加而降低。顶部可达-92左右。垂直温度分布特征与对流层相同。因为层内热源仅靠其下部平流层提供,因而下热上冷,故空气垂直运动相当强烈。第13页热层或电离层l热层高度在平流层顶到800km之间。这一层特点是温度随高度增加而快速上升。顶部可到达1000K以上。该层内空
6、气极稀薄,在太阳紫外线和宇宙射线辐射下,空气处于高度电离状态,因而热层也称为电离层。第14页逸散层l超出800km以上高空称为逸散层。因为那里空气更为稀薄,又远离地面,气体分子受地球引力极小,因而大气质点会不停地向星际空间逃逸。第15页二、辐射逆温层l在对流层中,气温普通是随高度增加而降低。但在一定条件下会出现反常现象。这可由垂直递减率()改变情况来判断。当=0时,称为等温气层;当0时,称为逆温气层。逆温现象经常发生在较低气层中,这时气层稳定性特强,对于大气中垂直运动发展起着妨碍作用。逆温形成过程是各种多样。因为过程不一样,可分为近地面层逆温和自由大气逆温两种。近地面层逆温有辐射逆温、平流逆温
7、、融雪逆温和地形逆温等;自由大气逆温有乱流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。第16页l近地面层逆温:多因为热力条件而形成,以辐射逆温为主。l辐射逆温:地面因强烈辐射而冷却降温所形成。这种逆温层多发生在距地面100150m高度内。最有利于辐射逆温发展条件是平静而晴朗夜晚。有云和有风都能减弱逆温。如风速超出23m/s时,辐射逆温就不易形成了。当白天地面受日照而升温时,近地面空气温度随之而升高。夜晚地面因为向外辐射而冷却,这便使近地面空气温度自下而上逐步降低。因为上面空气比下面冷却较慢,结果就形成逆温现象,如图2-3所表示。第17页图2-3 辐射逆温层结曲线:白天ABC,夜晚FEC,其中FE段为逆温层。清
8、晨DBC。第18页三、气块绝热过程和干绝热递减率第19页四、大气稳定度l流体层结对于流体垂直运动有着主要影响,我们知道,普通来讲若密度大流体在密度小流体下面,则这种层结分布是稳定,反过来就是不稳定。然而对于空气而言,尽管其密度随高度增加而降低,但它未必是稳定。因为它稳定性还受温度层结所制约。所以一个空气气块稳定性应该是密度层结和温度层结共同作用来决定。第20页l大气稳定度:指气层稳定程度。或者说大气中某一高度上气块在垂直方向上相对稳定程度。构想在层结大气中有一气块,假如因为某种原因使其产生一个小垂直位移,其层结大气使气块趋于回到原来平衡位置,则称层结是稳定;若层结大气使气块趋于继续离开原来位置
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