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1、.EnvironmentalchemistryinAtmosphere我们离不开大气我们离不开大气，如，如同鱼儿离不开水。同鱼儿离不开水。1kg2kg13.6kg（10m3）大气环境化学主要研究大气环境中大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在状污染物质的化学组成、性质、存在状态等态等物理化学特性物理化学特性及其来源、分布、及其来源、分布、迁移迁移、转化转化、累积、消除等过程中的、累积、消除等过程中的化学行为、反应机制化学行为、反应机制和和变化规律变化规律，探，探讨大气污染对自然环境的影响等。讨大气污染对自然环境的影响等。第二章第二章大气环境化学大气环境化学目目录录第一节第
2、一节大气的组成及主要污染物大气的组成及主要污染物(不讲不讲)第二节第二节 大气中污染物的迁移大气中污染物的迁移第三节第三节 大气中污染物的转化大气中污染物的转化第四节第四节 大气颗粒物大气颗粒物决定大气污染程度的因素决定大气污染程度的因素源参数源参数气象条件气象条件下垫面状况下垫面状况第二节第二节大气中污染物的迁移大气中污染物的迁移 通过影响大通过影响大气中污染物的气中污染物的迁移而影响局迁移而影响局地大气环境污地大气环境污染状况。染状况。迁移迁移第二节第二节大气中污染物的迁移大气中污染物的迁移污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。原因原因空气
3、的运动空气的运动水平运动水平运动风风垂直运动垂直运动对流对流动力源：温度差异动力源：温度差异第二节第二节大气中污染物的迁移大气中污染物的迁移二、风和湍流对大气污染物迁移的影响二、风和湍流对大气污染物迁移的影响一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移三、其它气象因素对大气污染物迁移的影响三、其它气象因素对大气污染物迁移的影响四、地理地势对大气污染物迁移的影响四、地理地势对大气污染物迁移的影响（二）（二）大气稳定度大气稳定度（一）（一）气温递减与温度层结气温递减与温度层结（三）（三）逆温逆温一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移温度层结温度层结:垂直方向上
4、的温度分布，称为大气温度层结。垂直方向上的温度分布，称为大气温度层结。干绝热垂直递减干绝热垂直递减（d或或d）：干空气（气团）在绝热升降过程）：干空气（气团）在绝热升降过程中每变化单位高度（通常取中每变化单位高度（通常取100米）空气（气团）自身温度的米）空气（气团）自身温度的变化值。变化值。表示干空气的热力学性质，是一个气象常数，表示干空气的热力学性质，是一个气象常数，d=0.98l00m。而。而是实际环境气温随高度的分布，因时因地而异。是实际环境气温随高度的分布，因时因地而异。气温垂直递减率气温垂直递减率（或或）：大气垂直方向上每升高：大气垂直方向上每升高100米温度米温度的降低值。（的降
5、低值。（l00m）（一）（一）气温递减与温度层结气温递减与温度层结一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移p大气温度层结有四种类型：大气温度层结有四种类型：气温随高度递减，气温随高度递减，0，称正常分布层结或递减层结，称正常分布层结或递减层结;=d，称为中性层结，称为中性层结;=0，气温不随高度变化，称等温层结，气温不随高度变化，称等温层结;0,气温随高度增加，称逆温层结。气温随高度增加，称逆温层结。一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移（一）（一）气温递减与温度层结气温递减与温度层结p大气稳定度的含义大气稳定度的含义 污染物在大气中的迁移与大气稳定度
6、有密切的关系，大气稳定度是污染物在大气中的迁移与大气稳定度有密切的关系，大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度。指在垂直方向上大气稳定的程度。假如一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下假如一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动，但外力去除后，可能发生三种情况：降运动，但外力去除后，可能发生三种情况：气块减速并返回原位，则大气气块减速并返回原位，则大气稳定稳定;继续加速或下降，则继续加速或下降，则不稳定不稳定;停止或作等速运动，则停止或作等速运动，则中性中性。（二）（二）大气稳定度大气稳定度一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移p大气稳定度的
7、大气稳定度的判据判据 d时，大气处于不稳定状态；时，大气处于不稳定状态；=d时，大气处于中性平衡状态。时，大气处于中性平衡状态。大气稳定度可根据气温垂直递减率大气稳定度可根据气温垂直递减率大气稳定度可根据气温垂直递减率大气稳定度可根据气温垂直递减率和干绝热垂直递减率和干绝热垂直递减率和干绝热垂直递减率和干绝热垂直递减率 d来判断来判断来判断来判断 d时时,大气大气非常稳定非常稳定，最，最不利于污染物扩散不利于污染物扩散，因此这种层结，因此这种层结在大气污染问题研究中特别引人注目在大气污染问题研究中特别引人注目。（二）（二）大气稳定度大气稳定度p大气稳定度的判据大气稳定度的判据=0.8=1.2=
8、112（二）大气稳定度（二）大气稳定度12 d=d逆温逆温：r r0 0,即即气温随高度增加而增加的现象称为气温随高度增加而增加的现象称为气温随高度增加而增加的现象称为气温随高度增加而增加的现象称为逆温。逆温。（三）（三）逆逆 温温一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移逆温层逆温层：出现：出现：出现：出现逆温的大气层称为逆温的大气层称为逆温的大气层称为逆温的大气层称为逆温层。逆温层。逆温层。逆温层。逆温高度逆温高度与与与与逆温强度逆温强度：逆温层的下限称为逆温高度，上下限的：逆温层的下限称为逆温高度，上下限的：逆温层的下限称为逆温高度，上下限的：逆温层的下限称为逆温高度，
9、上下限的温度差，称逆温强度。温度差，称逆温强度。温度差，称逆温强度。温度差，称逆温强度。（三）（三）逆逆 温温（三）（三）逆逆 温温辐射逆温辐射逆温：在晴朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，：在晴朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，：在晴朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，：在晴朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，使地面和近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖使地面和近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖使地面和近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖使地面和近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖下冷的逆温现象。下冷的逆温现象。下冷的逆温现象。下冷
10、的逆温现象。辐射逆温辐射逆温下沉逆温下沉逆温：由于空气下：由于空气下：由于空气下：由于空气下沉压缩引起的增温作用，沉压缩引起的增温作用，沉压缩引起的增温作用，沉压缩引起的增温作用，使下沉运动终止的高度使下沉运动终止的高度使下沉运动终止的高度使下沉运动终止的高度上出现逆温，一般多发上出现逆温，一般多发上出现逆温，一般多发上出现逆温，一般多发生在高压区。生在高压区。生在高压区。生在高压区。（三）（三）逆逆 温温p逆温对大气污染物扩散的影响逆温对大气污染物扩散的影响 逆温层对空气的垂直对流运动的发展是逆温层对空气的垂直对流运动的发展是巨大的障碍巨大的障碍，如，如同同盖子盖子，对污染物的扩散起阻挡作用
11、，故称它为，对污染物的扩散起阻挡作用，故称它为阻挡层阻挡层。阻挡层的存在严重阻碍了地面带有污染物的气团的上升运阻挡层的存在严重阻碍了地面带有污染物的气团的上升运动，使大气污染物停滞在接近地面的大气层中，动，使大气污染物停滞在接近地面的大气层中，加剧大气加剧大气污染的程度污染的程度。一、温度层结与大气污染物的迁移一、温度层结与大气污染物的迁移温度层结温度层结决定决定大气稳定度大气稳定度影响影响湍流强度湍流强度污染物迁移污染物迁移影响影响 d，大气不稳定，大气不稳定，大气不稳定，大气不稳定，利于迁移利于迁移利于迁移利于迁移 d，大气稳定，大气稳定，大气稳定，大气稳定，不利于迁移不利于迁移不利于迁移
12、不利于迁移=d，大气中性稳定，大气中性稳定，大气中性稳定，大气中性稳定，介于二者之间介于二者之间介于二者之间介于二者之间 0，逆温，逆温，大气非常稳定，大气非常稳定，大气非常稳定，大气非常稳定，十分不利于迁移十分不利于迁移十分不利于迁移十分不利于迁移严重污染严重污染造成造成二、风和湍流的影响二、风和湍流的影响（一）（一）风的影响风的影响风风-空气的水平运动。空气的水平运动。输送作用输送作用-污染物向污染物向下风向下风向输送，输送，风向风向影响着污染物的影响着污染物的迁移方向。迁移方向。稀释作用稀释作用-风速风速大小决定着污染物的迁移和稀释的速度，大小决定着污染物的迁移和稀释的速度，影响着污染物
13、的输送距离。影响着污染物的输送距离。污染系数污染系数=风向频率风向频率该风向的平均风速该风向的平均风速风向频率风向频率-某方向的风占全年各风向总和的百分率。某方向的风占全年各风向总和的百分率。（二）（二）湍流的影响湍流的影响动力湍流（乱流）：也称动力湍流（乱流）：也称湍流湍流，起因于有规律水平运动，起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生，它们主要取决的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生，它们主要取决于风速梯度和地面粗糙等。于风速梯度和地面粗糙等。热力湍流（乱流）：也称热力湍流（乱流）：也称对流对流，起因于地表面温度与地，起因于地表面温度与地表面附近的温度不均一，近地面空气受热膨胀
14、而上升，表面附近的温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成垂直运动。随之上面的冷空气下降，从而形成垂直运动。二、风和湍流的影响二、风和湍流的影响湍流湍流-大气的无规则运动大气的无规则运动。湍流是大气污染物扩散的主要原因。湍流是大气污染物扩散的主要原因。（二）（二）湍流的影响湍流的影响气块浮力加速度方程：气块浮力加速度方程：气块上升过程中气体温度下降并最终达到与外界气体温气块上升过程中气体温度下降并最终达到与外界气体温度一致，当受热气块会上升至度一致，当受热气块会上升至T=T 时，气块与周围大气达到时，气块与周围大气达到中性平衡，气块停止上升，这个高度定义为中性平衡，
15、气块停止上升，这个高度定义为对流混合层上限对流混合层上限，或称或称最大混合层高度最大混合层高度。p最大混合层高度最大混合层高度（二）（二）湍流的影响湍流的影响不同情况下的最大混合层高度不同情况下的最大混合层高度 最大混合层高度最大混合层高度 的日变化与季节变化的日变化与季节变化ddd风风湍流湍流风可使污染物向下风向扩散，湍流风可使污染物向下风向扩散，湍流可使污染物向各方向扩散。可使污染物向各方向扩散。风速越大，湍流越强，污染物的扩散风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染物浓度就越低。速度就越快，污染物浓度就越低。风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释最直接最本质的因素。风和湍流是决定污
16、染物在大气中扩散稀释最直接最本质的因素。二、风和湍流的影响二、风和湍流的影响 三、其它气象因素对污染物迁移的影响三、其它气象因素对污染物迁移的影响天气形势是指大范围气压分布的状况。天气形势是指大范围气压分布的状况。天天气气形形势势高压控制高压控制高压控制高压控制小风速、稳定小风速、稳定小风速、稳定小风速、稳定层结（逆温）层结（逆温）层结（逆温）层结（逆温）不利于迁移不利于迁移不利于迁移不利于迁移低压控制低压控制低压控制低压控制风速较大、风速较大、风速较大、风速较大、大气不稳定、大气不稳定、大气不稳定、大气不稳定、伴有降水伴有降水伴有降水伴有降水有利于迁移有利于迁移有利于迁移有利于迁移u天气形势
17、的影响天气形势的影响u雾的影响雾的影响雾像一顶盖子，不利于迁移，加剧空气污染状况。雾像一顶盖子，不利于迁移，加剧空气污染状况。u降水的影响降水的影响 各种形式的降水，特别是降雨，能有效地吸收、淋洗空各种形式的降水，特别是降雨，能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物，减轻大气污染程度。气中的各种污染物，减轻大气污染程度。四、地理地势对污染物迁移的影响四、地理地势对污染物迁移的影响（一）地形地物的影响（一）地形地物的影响（二）局地环流的影响（二）局地环流的影响 地形地势对大气污地形地势对大气污染物的迁移和浓度分染物的迁移和浓度分布有重要影响。地形布有重要影响。地形地势千差万别，但对地势千差万别，但对
18、大气物迁移扩散的影大气物迁移扩散的影响其本质上都是通过响其本质上都是通过改变局部地区（流场改变局部地区（流场和温度层结等）气象和温度层结等）气象条件来实现的。条件来实现的。第二节第二节大气污染物的迁移大气污染物的迁移u海陆风的影响海陆风的影响u山谷风的影响山谷风的影响u城郊风的影响城郊风的影响 地貌（地面自然物和建筑物）影响风速和风向地貌（地面自然物和建筑物）影响风速和风向故影响污染物的扩散。故影响污染物的扩散。山谷盆地，地形屏障影响，静风、小风比重大，不山谷盆地，地形屏障影响，静风、小风比重大，不利于大气污染物的扩散。利于大气污染物的扩散。城市中的高层建筑物，在局部地区产生涡流，不城市中的高
19、层建筑物，在局部地区产生涡流，不利于大气污染的扩散。利于大气污染的扩散。四、地理地势对污染物迁移的影响四、地理地势对污染物迁移的影响（一）地形地物的影响（一）地形地物的影响 由于陆地和海洋的热力差异而引起。发生在海陆交界地界，以小时为周期由于陆地和海洋的热力差异而引起。发生在海陆交界地界，以小时为周期的一种大气局地环流。造成污染物在海陆之间反复运移，影响扩散的一种大气局地环流。造成污染物在海陆之间反复运移，影响扩散。（二）局地环流的影响（二）局地环流的影响u海陆风的影响海陆风的影响山谷风对污染物输送有明显的影响。吹山风时排放的污染物向外流出，若不久山谷风对污染物输送有明显的影响。吹山风时排放的
20、污染物向外流出，若不久转为谷风，被污染的空气又被带回谷内。特别是山谷风交替时，风向不稳，时转为谷风，被污染的空气又被带回谷内。特别是山谷风交替时，风向不稳，时进时出，反复循环，使空气中污染物浓度不断增加，造成山谷中污染加重。进时出，反复循环，使空气中污染物浓度不断增加，造成山谷中污染加重。（二）局地环流的影响（二）局地环流的影响u山谷风的影响山谷风的影响热岛环流对扩散的影响：使城区大气中的污染物难以扩散热岛环流对扩散的影响：使城区大气中的污染物难以扩散。由城市温度差引起的局地风。由城市温度差引起的局地风。由于城市温度经常比郊区高，气压比郊区低，所形成的一种从周围郊区吹由于城市温度经常比郊区高，
21、气压比郊区低，所形成的一种从周围郊区吹向城市的局地风。又称城市热岛环流。向城市的局地风。又称城市热岛环流。（二）局地环流的影响（二）局地环流的影响u城郊风的影响城郊风的影响本节复习思考题本节复习思考题1、决定污染物在大气中扩散稀释最直接最本质的气象因素是、决定污染物在大气中扩散稀释最直接最本质的气象因素是什么什么?2、解释名词：气温垂直递减率、解释名词：气温垂直递减率干绝热递减率干绝热递减率逆温逆温/逆温层逆温层3、大气稳定度的判断、大气稳定度的判断4、什么是辐射逆温、什么是辐射逆温?逆温现象对大气污染物扩散的影响逆温现象对大气污染物扩散的影响5、试分析影响大气污染迁移的主要因素。、试分析影响大气污染迁移的主要因素。6、简述海陆风、山谷风、城郊风对大气污染物扩散的影响。、简述海陆风、山谷风、城郊风对大气污染物扩散的影响。