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1、大气环境化学第二次课程1第一页，讲稿共三十页哦第一节 大气中污染物的迁移n n大气的结构和性质大气的结构和性质n n地球的辐射平衡地球的辐射平衡 n n大气的组成大气的组成第二页，讲稿共三十页哦一、大气中结构和性质1.1 1.1 1.1 1.1 大气温度层结大气温度层结大气温度层结大气温度层结 由于地球旋转作用以及距地面不由于地球旋转作用以及距地面不由于地球旋转作用以及距地面不由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射同高度的各层次大气对太阳辐射同高度的各层次大气对太阳辐射同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得温度、吸收程度上的差异，使得温度、吸收程度上的差异，使得温
2、度、吸收程度上的差异，使得温度、密度等气象要素在垂直方向上呈密度等气象要素在垂直方向上呈密度等气象要素在垂直方向上呈密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们把静大气的不均匀的分布。人们把静大气的不均匀的分布。人们把静大气的不均匀的分布。人们把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布温度和密度在垂直方向上的分布温度和密度在垂直方向上的分布温度和密度在垂直方向上的分布 称为大气温度层结和大气密度层称为大气温度层结和大气密度层称为大气温度层结和大气密度层称为大气温度层结和大气密度层结。结。结。结。第三页，讲稿共三十页哦一、大气中结构和性质对流层（对流层（对流层（对流层（tropospheretro
3、pospheretropospheretroposphere）对流层的特点是对流层的特点是对流层的特点是对流层的特点是：n n气气气气温温温温随随随随高高高高度度度度升升升升高高高高而而而而降降降降低低低低，大大大大约约约约每上升每上升每上升每上升100m100m100m100m，温度降，温度降，温度降，温度降0.60.60.60.6。n n空空空空气气气气密密密密度度度度大大大大。对对对对流流流流层层层层平平平平均均均均厚厚厚厚度度度度为为为为1012km1012km1012km1012km，仅仅仅仅是是是是大大大大气气气气层层层层厚厚厚厚度度度度的的的的1%1%1%1%，但但但但是是是是大
4、大大大气气气气总总总总质质质质量量量量的的的的3/43/43/43/4以以以以上上上上和几乎所有水汽集中在此层。和几乎所有水汽集中在此层。和几乎所有水汽集中在此层。和几乎所有水汽集中在此层。n n天气现象复杂多变。天气现象复杂多变。天气现象复杂多变。天气现象复杂多变。第四页，讲稿共三十页哦一、大气中结构和性质平流层（平流层（平流层（平流层（stratospherestratosphere）特点）特点）特点）特点:n n空气没有对流运动，平流运动占显著空气没有对流运动，平流运动占显著空气没有对流运动，平流运动占显著空气没有对流运动，平流运动占显著优势。优势。优势。优势。n n空气比下层稀薄得多，
5、水汽、尘埃的含空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象，透明度高。量甚微，很少出现天气现象，透明度高。量甚微，很少出现天气现象，透明度高。量甚微，很少出现天气现象，透明度高。n n在高约在高约在高约在高约1535km1535km范围内，有厚约范围内，有厚约范围内，有厚约范围内，有厚约20km20km的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（短波紫外线（短波紫外线（短波紫外线（UV-BUV-B、UV-CUV
6、-C）的能力，）的能力，）的能力，）的能力，故使平流层的温度随高度升高，也防止故使平流层的温度随高度升高，也防止故使平流层的温度随高度升高，也防止故使平流层的温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。了地球生命遭受高能辐射的伤害。了地球生命遭受高能辐射的伤害。了地球生命遭受高能辐射的伤害。第五页，讲稿共三十页哦1.2 1.2 1.2 1.2 大气垂直递减率和逆温大气垂直递减率和逆温大气垂直递减率和逆温大气垂直递减率和逆温 随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率。随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率。随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率。随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减
7、率。T-T-T-T-绝对温度，绝对温度，绝对温度，绝对温度，K K K K z-z-z-z-高度高度高度高度 在对流层中，在对流层中，在对流层中，在对流层中，000;如果层结大气使气块趋如果层结大气使气块趋如果层结大气使气块趋如果层结大气使气块趋于继续离开原来的位置，则称层结是不稳定的于继续离开原来的位置，则称层结是不稳定的于继续离开原来的位置，则称层结是不稳定的于继续离开原来的位置，则称层结是不稳定的d d d d ;介于上两者之间，介于上两者之间，介于上两者之间，介于上两者之间，d d d d=.=.=.=.第十页，讲稿共三十页哦1.4 1.4 大气稳定度大气稳定度图图图图1-3 1-3
8、大气稳定度大气稳定度大气稳定度大气稳定度第十一页，讲稿共三十页哦2.2.地球的辐射平衡地球的辐射平衡2.1 太阳的辐射太阳的辐射图图1-4 太阳和地球的辐射光谱太阳和地球的辐射光谱 第十二页，讲稿共三十页哦2.2 大气成分对太阳辐射的吸收大气成分对太阳辐射的吸收 第十三页，讲稿共三十页哦2.1 大气成分对太阳辐射的吸收大气成分对太阳辐射的吸收 第十四页，讲稿共三十页哦2.3 地球与大气的能量平衡地球与大气的能量平衡图图2-6 地球的能量平衡地球的能量平衡第十五页，讲稿共三十页哦3.3.大气的组成大气的组成3.1 3.1 大气组成分类大气组成分类按照停留时间的长短，大气组分可分为三类：按照停留时
9、间的长短，大气组分可分为三类：(1)(1)(1)(1)准永久气体：准永久气体：准永久气体：准永久气体：N N2 2 2 2、ArArArAr、NeNeNeNe、KrKr、XeXeXeXe。(2)(2)可变组分：可变组分：COCOCOCO2 2 2 2、CHCHCHCH4 4、H H H H2 2、N N N N2 2 2 2O O、O O O O3 3 3 3、O O O O2 2 2 2。(3)(3)强可变组分：强可变组分：H H H H2 2O O O O、COCOCOCO、NONONONO、NHNHNHNH3 3 3 3、SOSOSOSO2 2 2 2、碳氢化、碳氢化、碳氢化、碳氢化合物
10、合物合物合物(HC)(HC)(HC)(HC)、颗粒物、颗粒物、H H2 2S S S S。第十六页，讲稿共三十页哦第十七页，讲稿共三十页哦3.2 3.2 大气组分的大气组分的源、汇和气体循环源、汇和气体循环 源（源（source）大气组分产生的途径和过程。天然源（天然源（natural source）由自然界发生的物理、化学、生物过程向大气输送物质；人为源（人为源（anthropogenic source）人类生活、生产活动向大气输送污染物。第十八页，讲稿共三十页哦3.2 3.2 大气组分的大气组分的源、汇和气体循环源、汇和气体循环 汇（汇（sink）大气组分从大气中去除的途径和过程，包括：降
11、水湿去除大气中化学反应转化为其它气体或微粒地表物质吸收或反应去除向平流层输送第十九页，讲稿共三十页哦3.2 3.2 大气组分的大气组分的源、汇和气体循环源、汇和气体循环 气气体体循循环环：大大气气组组分分通通过过大大气气圈圈与与其其它它圈圈层层发发生生的的物物理理、化化学学、生生物物过过程程进进行物质交换、转换。行物质交换、转换。第二十页，讲稿共三十页哦3.3 3.3 大气污染物的类别大气污染物的类别 大气污染的概念：大气污染的概念：大气污染的概念：大气污染的概念：大大大大气气气气中中中中存存存存在在在在的的的的某某某某种种种种物物物物质质质质超超超超过过过过了了了了正正正正常常常常的的的的环
12、环环环境境境境水水水水平平平平，且且且且对对对对受受受受体体体体产产产产生生生生了了了了可可可可以以以以测测测测量量量量出出出出来来来来的的的的不不不不良良良良效效效效应应应应。受受受受体包括人、生物、材料、气候等。体包括人、生物、材料、气候等。体包括人、生物、材料、气候等。体包括人、生物、材料、气候等。第二十一页，讲稿共三十页哦3.3 3.3 大气污染物的类别大气污染物的类别 按物理状态分：按物理状态分：a)a)气态污染物（约占气态污染物（约占气态污染物（约占气态污染物（约占90%90%）：常温下是气体或蒸汽）：常温下是气体或蒸汽）：常温下是气体或蒸汽）：常温下是气体或蒸汽（gases an
13、d vaporsgases and vapors），就是以气态方式输入并停留），就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括在大气中的污染物，包括SOx x、NONOx x、COx x、HC、CFCs s等等等等;b)b)大气颗粒物（气溶胶，占大气颗粒物（气溶胶，占大气颗粒物（气溶胶，占大气颗粒物（气溶胶，占10%10%）：大气气溶胶体系中分）：大气气溶胶体系中分）：大气气溶胶体系中分）：大气气溶胶体系中分散的各种粒子。散的各种粒子。散的各种粒子。散的各种粒子。第二十二页，讲稿共三十页哦3.3 3.3 大气污染物的类别大气污染物的类别 按粒径大小分按粒径大小分按粒径大小分按粒径大小分A A总
14、悬浮颗粒物总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物TSPTSP：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。集到的总颗粒物的质量。集到的总颗粒物的质量。集到的总颗粒物的质量。B B飘尘飘尘飘尘飘尘SPMSPM：Dp10mmDp10mm的颗粒物。的颗粒物。的颗粒物。的颗粒物。C
15、 C可吸入粒子可吸入粒子可吸入粒子可吸入粒子IPIP：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，Dp10mmDp10mm。D D降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。细粒子：细粒子：细粒子：细粒子：fine particle,Dpfine particle,Dp2.52.5 mm或或或或DpDp3.53.5 mm粗粒子：粗粒子：粗粒子：粗粒子：coarse particle,Dpcoarse par
16、ticle,Dp2.52.5 m m 或或或或DpDp3.53.5 mm第二十三页，讲稿共三十页哦3.3 3.3 大气污染物的类别大气污染物的类别 按形成过程分按形成过程分按形成过程分按形成过程分A A一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如COCO、SOSO2 2、NONO等。等。等。等。B B二次污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的二次污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的二次污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的二次
17、污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物质，如光化学氧化剂污染物质，如光化学氧化剂污染物质，如光化学氧化剂污染物质，如光化学氧化剂OOx x（由天然源和人为源排放的氮氧（由天然源和人为源排放的氮氧（由天然源和人为源排放的氮氧（由天然源和人为源排放的氮氧化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过的。主要包括臭氧、过
18、氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。第二十四页，讲稿共三十页哦3.3 3.3 大气污染物的类别大气污染物的类别 按化学类型分按化学类型分按化学类型分按化学类型分（1 1）含硫化合物（）含硫化合物（）含硫化合物（）含硫化合物（SOSO2 2、HH2 2S S、(CH(CH3 3)2 2S S、HH2 2SOSO4 4）；）；）；）；（2 2）含氮化合物（）含氮
19、化合物（）含氮化合物（）含氮化合物（NONO、NONO2 2、NHNH3 3、HNOHNO2 2、N N2 2OO）；）；）；）；（3 3）一氧化碳和二氧化碳；）一氧化碳和二氧化碳；）一氧化碳和二氧化碳；）一氧化碳和二氧化碳；（4 4）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；（5 5）光化学氧化剂（）光化学氧化剂（）光化学氧化剂（）光化学氧化剂（OO3 3、PANPAN、HH2 2OO2 2等）；等）；等）；等）；（6 6）含卤素化合物（
20、）含卤素化合物（）含卤素化合物（）含卤素化合物（HFHF、HClHCl和和和和CFCsCFCs等）；等）；等）；等）；（7 7）颗粒物（）颗粒物（）颗粒物（）颗粒物（HH2 2SOSO4 4、SOSO4 42-2-、NONO-3 3、多环芳烃及重金属元素等）；、多环芳烃及重金属元素等）；、多环芳烃及重金属元素等）；、多环芳烃及重金属元素等）；（8 8）放射性物质。）放射性物质。）放射性物质。）放射性物质。第二十五页，讲稿共三十页哦3.4 3.4 大气组分的浓度表示方法大气组分的浓度表示方法1 1 混合比单位表示法混合比单位表示法混合比单位表示法混合比单位表示法x x（体积、质量）（体积、质量）
21、（体积、质量）（体积、质量）ppmppm（百百百百万万万万分分分分之之之之一一一一）、pphm(pphm(一一一一亿亿亿亿分分分分之之之之一一一一)，ppb(ppb(十十十十亿亿亿亿分分分分之之之之一一一一)，ppt(ppt(万万万万亿亿亿亿分分分分之之之之一一一一)等等等等，这这这这种种种种浓浓浓浓度度度度表表表表示示示示法法法法主主主主要要要要用用用用于于于于气气气气态态态态污污污污染染染染物物物物，对对对对于于于于大大大大气气气气中中中中低低低低浓浓浓浓度度度度物物物物质质质质是是是是合合合合适适适适的的的的。当当当当表表表表示示示示浓浓浓浓度度度度相相相相对对对对较较较较高高高高的的的
22、的物物物物质质质质时时时时，比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。第二十六页，讲稿共三十页哦3.4 3.4 大气组分的浓度表示方法大气组分的浓度表示方法1 1 混合比单位表示法混合比单位表示法混合比单位表示法混合比单位表示法x（体积、质量）（体积、质量）例：大气中例：大气中例：大气中例：大气中O3的本底浓度是的本底浓度是的本底浓度是的本底浓度是0.03ppm(也可以是也可以是也可以是也可以是30ppb30ppb）,即空气中每即空气中每10108 8个空气分子
23、，就有个空气分子，就有3 3个个OO3 3分子。分子。分子。分子。COCO2 2的本底浓度是的本底浓度是的本底浓度是的本底浓度是350ppm350ppm，即空气中每，即空气中每10106 6个空个空个空个空气分子，就有气分子，就有气分子，就有气分子，就有350350个个个个CO2分子；分子；分子；分子；第二十七页，讲稿共三十页哦3.4 3.4 大气组分的浓度表示方法大气组分的浓度表示方法2 2单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数/cm/cm3）用用用用于于于于比比比比pptppt还还还还要要要要低低低低
24、的的的的浓浓浓浓度度度度水水水水平平平平，例例例例如如如如自自自自由由由由基基基基浓浓浓浓度度度度等等等等，表表表表示示示示每每每每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。可以由可以由可以由可以由ppmppm换算过来。换算过来。换算过来。换算过来。在在在在大大大大气气气气压压压压为为为为101325Pa101325Pa（标标标标准准准准气气气气压压压压）、温温温温度度度度为为为为2525（298K298K）时，每立方厘米的分子数为：）时，每立方厘米的分子数为：）时，每
25、立方厘米的分子数为：）时，每立方厘米的分子数为：1ppm 相当于2.461013个 分子/cm3。第二十八页，讲稿共三十页哦3.4 3.4 大气组分的浓度表示方法大气组分的浓度表示方法2 2单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数单位体积内物质的数量表示法（个数/cm/cm3）例：OH自由基在污染空气中的浓度是0.1ppt，则用单位体积内物质的数量如何表示？第二十九页，讲稿共三十页哦3.4 3.4 大气组分的浓度表示方法大气组分的浓度表示方法3 3 单位体积内物质的质量数表示法单位体积内物质的质量数表示法单位体积内物质的质量数表示法单位体积内物质的质量数表示法 一般对气体常用一般对气体常用一般对气体常用一般对气体常用 g/mg/m3 3，颗粒物则用，颗粒物则用，颗粒物则用，颗粒物则用 g/mg/m3 3或个或个或个或个数数数数/cm/cm3 3。第三十页，讲稿共三十页哦