环境学概论大气环境.pptx

第一节大气的结构与组成第一节大气的结构与组成一、大气的结构一、大气的结构v对流层对流层:对流运动显著，大气现象复杂多变对流运动显著，大气现象复杂多变v平流层平流层:臭氧臭氧(O(O3 3)层层,平流层中空气无对流平流层中空气无对流 ,适于适于空中飞行空中飞行v中间层中间层v热成层（暖层、电离层）热成层（暖层、电离层）v逸散层逸散层高层大气高层大气第1页/共134页1535第2页/共134页大气的垂直分层大气的垂直分层对流层对流层平流层平流层对流旺盛近地面，对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；纬度不同厚度变；高度增来温度减，高度增来温度减，只因热源是地面；只因热源是地面；天气复杂且多变，天气复杂且多变，风云雨雪较常见。风云雨雪较常见。气温初稳后升热气温初稳后升热只因层中臭氧多只因层中臭氧多水平流动天气好水平流动天气好高空飞行很适合高空飞行很适合上冷下热上冷下热高空对流高空对流电电离离层层高高层层大大气气电离层能反射无线电离层能反射无线电波，对无线电通电波，对无线电通讯有重要作用讯有重要作用第3页/共134页第一节大气的结构与组成第一节大气的结构与组成二、大气的组成二、大气的组成v干洁空气干洁空气大气中除去水汽和杂质的空气。大气中除去水汽和杂质的空气。v干洁空气的组成干洁空气的组成干洁空气中的主要成分为干洁空气中的主要成分为N N2 2（占（占78.09%78.09%）、）、O O2 2(占占20.95%)20.95%)、Ar(Ar(占占0.93%)0.93%)及一些微量元素，及一些微量元素，如如COCO2 2、O O3 3、H H2 2、CHCH4 4、HeHe、KrKr、NeNe等。等。第4页/共134页第一节大气的结构与组成第一节大气的结构与组成二、大气的组成二、大气的组成v大气可变成分大气可变成分主要包括主要包括CO2、O3、水汽和杂质。这些可变成分如、水汽和杂质。这些可变成分如含量正常，则对环境和生命有机体是有益而无害的，含量正常，则对环境和生命有机体是有益而无害的，但含量变化后但含量变化后(过多或缺乏过多或缺乏)都会造成不良影响及危都会造成不良影响及危害。害。v干洁空气较稳定干洁空气较稳定原因：主要组成物质为原因：主要组成物质为N N2 2和和 O O2 2，前者化学性质不活，前者化学性质不活泼，后者的消耗与释放量相互补偿。泼，后者的消耗与释放量相互补偿。第5页/共134页成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件主要主要成分成分次要次要成分成分水水汽汽固体杂质固体杂质生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成大气组成主主要要作作用用干干洁洁空空气气O3N2O2CO2大气各成分的作用大气各成分的作用第6页/共134页第二节大气污染及其类型第二节大气污染及其类型一、大气污染一、大气污染v概念概念:指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含量达到有害的程度量达到有害的程度(一般指有害物质，如一般指有害物质，如SOSO2 2、NONOX X、HCHC、O O3 3、飘尘等超过国家质量标准、飘尘等超过国家质量标准)，以至破坏人和，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料人体、生态和材料造成危害造成危害的现象。的现象。第7页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物一、大气污染一、大气污染v发生过程发生过程:大气环境大气环境污染源污染源输入输入输出输出输入速率输出速率输入速率输出速率第8页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物二、大气污染源二、大气污染源v概念概念:向大气环境排放有害物质或对大气环境产生向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的有害影响的场所、设备和装置场所、设备和装置。v分类分类:按污染物质来源分：天然源和人为源。按污染物质来源分：天然源和人为源。按污染源性状分：固定源和移动源。按污染源性状分：固定源和移动源。按污染物空间分布分：点源、线源和面源按污染物空间分布分：点源、线源和面源按污染物排放时间分：连续源、间断源和瞬时源按污染物排放时间分：连续源、间断源和瞬时源。第9页/共134页污染源污染源 特特 点点 主要来源主要来源 排放的污染物排放的污染物 天天 然然 源源它它和和人人为为源源相相比比产产生生的的污污染染物物较较少少，浓浓度度较较低低，具具有有局局部部地地区区某某段段时时间间内内可可能能形形成成严严重重影影响响的特点。的特点。火山喷发火山喷发二二氧氧化化硫硫、硫硫化化氢氢、二二氧氧化化碳、一氧化碳、火山灰碳、一氧化碳、火山灰森林火灾森林火灾一一氧氧化化碳碳、二二氧氧化化碳碳、二二氧氧化硫、碳氢化合物等化硫、碳氢化合物等自然尘自然尘风砂、土壤尘等风砂、土壤尘等森林植物释放森林植物释放萜稀类碳氢化合物。萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫海浪飞沫 硫酸盐和亚硫酸盐硫酸盐和亚硫酸盐人人为为源源移移动动源源汽汽车车和和火火车车、飞飞机机等等,分分布布广广泛泛分分散散,难难于于监测和治理。监测和治理。交交通通运运输输过过程程：现现代化交通运输工具代化交通运输工具一一氧氧化化碳碳、氮氮氧氧化化物物、碳碳氢氢化合物、硫氧化合物和铅等化合物、硫氧化合物和铅等 静静止止源源静静止止源源则则包包括括工工厂厂 、焚焚化化炉炉等等不不移移动动的的污污染染源源。静静止止源源污污染染面面积积广广，易易于于集集中中监监测治理。测治理。燃料燃烧燃料燃烧二二氧氧化化硫硫、氮氮氧氧化化物物、二二氧氧化碳、一氧化碳化碳、一氧化碳工业生产过程工业生产过程二氧化硫、硫化氢等二氧化硫、硫化氢等颗粒物、粉尘、氧化亚氮等颗粒物、粉尘、氧化亚氮等 大大 气气 污污 染染 源源农农业业活活动动排排放放：农农药、化肥药、化肥 第10页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型三、大气污染物及大气污染类型v大气污染物的概念大气污染物的概念指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。人产生有害影响的那些物质。v大气污染物的分类大气污染物的分类:从形成过程：一次、二次污染物从形成过程：一次、二次污染物从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物第11页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型三、大气污染物及大气污染类型v气溶胶状污染物气溶胶状污染物(粒状粒状)总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物(TSP)(TSP)：D(D(粒径粒径)在在100100m m以下，其中多数在以下，其中多数在1010m m以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。飘尘（可吸入粒子飘尘（可吸入粒子(IP)(IP)）：）：D D1010m m能在大气中长期飘浮能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。降尘：降尘：D D3030m m的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地面的。面的。第12页/共134页颗颗粒粒物物有有固固体体的的灰灰尘尘、烟烟尘尘、烟烟雾雾以以及及液液体体的的云云雾雾和和雾雾滴滴，它它们们中中一一部部分分是是致致癌癌、致致畸畸、致致突突变变物物质质，并并能能被被人人体体吸吸收收而而危危害害人人体体健健康康，另另一一方方面面，它它们们是是有有毒毒物物质质的的载载体体，使使一一些些气气体体污污染染物物转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。第13页/共134页烟尘的作用：烟尘的作用：1）凝结核）凝结核2）吸收太阳辐射）吸收太阳辐射3）降低能见度）降低能见度4）影响植物体生长）影响植物体生长飘尘（可吸入粒子飘尘（可吸入粒子(IP)）大大于于10m的的颗颗粒粒物物能能被被鼻鼻腔腔的的鼻鼻毛毛吸吸留留住住，而而小小于于10m的的飘飘尘尘却却能能长长驱驱直直入入侵侵蚀蚀肺肺泡泡，叫叫“可可吸吸入入粒粒子子”。在在可可吸吸入入微微粒粒中中80%可可沉沉积积于于肺肺泡泡，且且沉沉积积时间可达数年之久，导致肺心病等一系列病变。时间可达数年之久，导致肺心病等一系列病变。第14页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型三、大气污染物及大气污染类型v气状污染物气状污染物含硫化合物含硫化合物主要指主要指SOSO2 2和和SOSO3 3、H H2 2S S。危害：危害：u 温度大时，与水作用，是形成酸雨的主要来源。温度大时，与水作用，是形成酸雨的主要来源。u 二氧化硫是一种无色的刺激性气体二氧化硫是一种无色的刺激性气体,腐蚀性很腐蚀性很 大，会严重刺激人的呼吸系统。大，会严重刺激人的呼吸系统。u 二氧化硫破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。二氧化硫破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。u 在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。第15页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物v气状污染物气状污染物氮的氧化物氮的氧化物NONOX X是是NONO、NONO2 2、N N2 2O O、N N2 2O O3 3、N N2 2O O4 4、N N2 2O O5 5等的总称，造成大气等的总称，造成大气污染的污染的NONOX X最主要是最主要是NONO和和NONO2 2。来源：汽车尾气排放来源：汽车尾气排放危害：危害：1 1）氮氧化物可转化为硝酸，形成酸雨）氮氧化物可转化为硝酸，形成酸雨2 2）是形成光化学烟雾的重要物质）是形成光化学烟雾的重要物质3 3）是消耗臭氧的重要因子）是消耗臭氧的重要因子4 4）NONO2 2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居 民产生急性呼吸道病变的一种原因民产生急性呼吸道病变的一种原因5 5）可腐蚀织物、材料、破坏染料，使它褪色）可腐蚀织物、材料、破坏染料，使它褪色6 6）危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎）危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎第16页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物v气状污染物气状污染物碳的氧化物碳的氧化物COCO：主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。输，使人体缺氧，导致死亡。COCO2 2：是一种无毒的气体，是大气中的是一种无毒的气体，是大气中的 “正常正常”成分，主成分，主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中COCO2 2浓度逐渐升高，每年上升浓度逐渐升高，每年上升0.4%0.4%。由于二氧化碳吸收地面。由于二氧化碳吸收地面长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而形成全球气长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而形成全球气候变化。候变化。第17页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物v气状污染物气状污染物碳氢化合物碳氢化合物(HC)(HC)HCHC是自然界中必不可少的物质，主要指烷烃、烯烃和芳香是自然界中必不可少的物质，主要指烷烃、烯烃和芳香烃等具有挥发性的有机物，它们主要是由碳原子和氢原子烃等具有挥发性的有机物，它们主要是由碳原子和氢原子组成。碳氢化合物主要来源于自然界植物分解，人为产生组成。碳氢化合物主要来源于自然界植物分解，人为产生的量很小，但它们是形成光化学烟雾的重要物质。的量很小，但它们是形成光化学烟雾的重要物质。含卤素化合物含卤素化合物主要指一些氟氯烃类物质，它们主要破坏臭氧层，引起温主要指一些氟氯烃类物质，它们主要破坏臭氧层，引起温室效应。室效应。第18页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型三、大气污染物及大气污染类型v大气污染类型大气污染类型按污染物的性质分按污染物的性质分还原型还原型(煤炭型煤炭型)氧化型氧化型(汽车尾气型汽车尾气型)第19页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物还原型还原型(煤炭型煤炭型)主要污染物主要污染物：SOSO2 2、COCO和颗粒物和颗粒物，在低温、高温阴，在低温、高温阴天、小风、逆温情况下，在当地地形条件的影响天、小风、逆温情况下，在当地地形条件的影响下，被封盖在城市上空，造成对人体健康极大的下，被封盖在城市上空，造成对人体健康极大的危害，致使上千人死亡。类似这样的事件发生过危害，致使上千人死亡。类似这样的事件发生过多起，最典型的当属多起，最典型的当属19521952年年1212月发生在英国首都月发生在英国首都伦敦的伦敦的SOSO2 2烟雾中毒事件。烟雾中毒事件。第20页/共134页伦敦烟雾事件伦敦烟雾事件第21页/共134页第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物氧化型氧化型(汽车尾气型汽车尾气型)污染物主要来自于汽车排气、燃油锅炉以及石油污染物主要来自于汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。一次污染物主要为化工生产。一次污染物主要为NONOX X和和HCHC、生成的二、生成的二次污染物为次污染物为O O3 3、醛类、酮类、过气乙酸硝酸脂。、醛类、酮类、过气乙酸硝酸脂。发生在光照强烈的热带、亚热带、发生在光照强烈的热带、亚热带、8 89 9月中午或月中午或午后阳光强烈时。最典型的当属午后阳光强烈时。最典型的当属19651965年前后的洛年前后的洛杉矶光化学烟雾。杉矶光化学烟雾。第22页/共134页v大气污染类型大气污染类型按污染物的性质分按污染物的性质分还原型还原型(煤炭型煤炭型)氧化型氧化型(汽车尾气型汽车尾气型)按燃料性质和大气污染物的组成划分按燃料性质和大气污染物的组成划分煤炭型：产生粉尘、二氧化硫、烟气等煤炭型：产生粉尘、二氧化硫、烟气等石油型：产生氮氧化物、烯烃等碳氢化合物石油型：产生氮氧化物、烯烃等碳氢化合物混合型：有煤和石油的混合型：有煤和石油的特殊型：磷肥厂氟污染特殊型：磷肥厂氟污染第23页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应v定义：定义：一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子引起的反应。子引起的反应。v前提：前提：光辐射光辐射吸光物质（分子、原子、自由基）吸光物质（分子、原子、自由基）能量来源能量来源载体载体一次污染物一次污染物二次污二次污染物染物第24页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应（一）光辐射特点（一）光辐射特点光子：一个电子在两个能级之间做一次跃迁所发射光子：一个电子在两个能级之间做一次跃迁所发射出的电磁波叫一个光子出的电磁波叫一个光子能量差能量差普朗克系数普朗克系数单光子频率单光子频率光光速速波波长长第25页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应（一）光辐射特点（一）光辐射特点太阳波谱太阳波谱第26页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应（一）光辐射特点（一）光辐射特点太阳波谱太阳波谱380nm760nm2000nm波长波长29014555KJ/(g.mol)光量子激发电子运动约需光量子激发电子运动约需200KJ/(g.mol)200KJ/(g.mol)的能量，因此，只有的能量，因此，只有接近紫外线或光谱较低的可见光部分接近紫外线或光谱较低的可见光部分才能发生光化学反应。才能发生光化学反应。第27页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应（二）吸光物质（二）吸光物质吸光物质吸光物质非吸光物质非吸光物质 O O2 2 N N2 2 O O3 3 H H2 2O O NO NO2 2 CO CO SO SO2 2 CO CO2 2 酮、醛类化合物酮、醛类化合物 NO NO 硝基化合物硝基化合物 SO SO3 3和和H H2 2SOSO4 4 硝酸和烷基硝酸硝酸和烷基硝酸 烃类化合物烃类化合物 亚硝酸和烷基亚硝酸亚硝酸和烷基亚硝酸 醇类化合物醇类化合物 酰基氮化物，酰基过氮化物酰基氮化物，酰基过氮化物 有机酸类化合物有机酸类化合物第28页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应v激发：激发：v光解：光解：v直接反应：直接反应：v发生荧光：发生荧光：v碰撞反应：碰撞反应：吸光物质（吸光物质（O O2 2、COCO、COCO2 2、N N2 2）导导致致化化学学变变化化回回到到初初始始状状态态初级过程初级过程第29页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化一、光化学反应一、光化学反应次级过程次级过程区别在于反应物：反应物是激发物种者为初级反区别在于反应物：反应物是激发物种者为初级反应；为反应生成物者为次级反应。例：应；为反应生成物者为次级反应。例：初级反应初级反应次级反应次级反应次级反应次级反应M第30页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化二、硫氧化物在大气中的化学转化二、硫氧化物在大气中的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用光化学氧化光化学氧化催化氧化催化氧化第31页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用光化学氧化光化学氧化直接光氧化直接光氧化激发态分子直接与氧气反应生成激发态分子直接与氧气反应生成SOSO3 3高能量，不稳定高能量，不稳定低能量，稳定低能量，稳定第32页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用光化学氧化光化学氧化直接光氧化直接光氧化SOSO2 2吸收光子成激发态分子吸收光子成激发态分子3 3SOSO2 2被直接氧化：被直接氧化：碰撞猝灭：碰撞猝灭：第33页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用光化学氧化光化学氧化间接光氧化间接光氧化二氧化硫与强氧化性自由基反应，再与氧气反应二氧化硫与强氧化性自由基反应，再与氧气反应生成三氧化硫。生成三氧化硫。自由基来自于一次污染物，如自由基来自于一次污染物，如OHOH、HOHO2 2（过氧氢基）（过氧氢基）、RORO2 2（过氧烃基）（过氧烃基）如：如：第34页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化二、硫氧化物在大气中的化学转化二、硫氧化物在大气中的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用光化学氧化光化学氧化催化氧化催化氧化第35页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化vSO2的氧化作用的氧化作用催化氧化催化氧化均相中（气态），二氧化硫在光化学氧化作用下氧化成三均相中（气态），二氧化硫在光化学氧化作用下氧化成三氧化硫的速度非常慢；非均相中，二氧化硫被水滴吸附，氧化硫的速度非常慢；非均相中，二氧化硫被水滴吸附，再氧化成硫酸盐。再氧化成硫酸盐。自然状况下，非均相为主，如燃煤过程中有烟尘同时产生。自然状况下，非均相为主，如燃煤过程中有烟尘同时产生。与氧气先反应，有水时形成湿沉降，无水时形成干沉降与氧气先反应，有水时形成湿沉降，无水时形成干沉降铁、锰铁、锰第36页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化1.NO2的光化学反应的光化学反应第37页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化2.NO2的化学反应的化学反应v与自由基、与自由基、O O3 3、NONO3 3的氧化反应的氧化反应第38页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化3.HONO的化学反应的化学反应v光解光解v氧化氧化羟基自由基羟基自由基第39页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化三、氮氧化物在大气中的化学转化4.HNO3的化学反应的化学反应v氧化氧化v中和中和v存在形态多：存在形态多：2525度，湿度度，湿度62%62%时，固态化时，固态化第40页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v洛杉矶：洛杉矶：是美国西部太平洋沿岸的一个海滨城市，是美国西部太平洋沿岸的一个海滨城市，前面临海，背后靠山。风光优美，常年阳光明媚，前面临海，背后靠山。风光优美，常年阳光明媚，一年只有几天下雨，气候温和。美国电影中心一年只有几天下雨，气候温和。美国电影中心好莱坞就设在它的西北郊区。洛杉矶南郊约好莱坞就设在它的西北郊区。洛杉矶南郊约100100公里处的圣克利门蒂是美国西部白宫。美国第一公里处的圣克利门蒂是美国西部白宫。美国第一个个“迪斯尼乐园迪斯尼乐园”也建在了这里。也建在了这里。第41页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v洛杉矶：洛杉矶：自从自从19361936年在洛杉矶开发石油以来，特年在洛杉矶开发石油以来，特别是二次世界大战后，洛杉矶的飞机制造和军事别是二次世界大战后，洛杉矶的飞机制造和军事工业迅速发展，洛杉矶已成为美国西部地区的重工业迅速发展，洛杉矶已成为美国西部地区的重要海港，工商业的发达程度仅次于纽约和芝加哥，要海港，工商业的发达程度仅次于纽约和芝加哥，是美国的第三大城市。是美国的第三大城市。第42页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v洛杉矶：洛杉矶：随着工业发展和人口剧增，洛杉矶在随着工业发展和人口剧增，洛杉矶在2020世纪世纪4040年代初就有汽车年代初就有汽车250250万辆，每天消耗汽油万辆，每天消耗汽油16001600万升。市内万升。市内高速公路纵横交错，占全市面积的高速公路纵横交错，占全市面积的30%30%，每条公路通行的，每条公路通行的汽车每天达汽车每天达16.816.8万次。由于汽车漏油、汽油挥发、不完全万次。由于汽车漏油、汽油挥发、不完全燃烧和汽车排气，每天向城市上空排放大量石油烃废气、燃烧和汽车排气，每天向城市上空排放大量石油烃废气、一氧化碳、氧化氮和铅烟（当时所用汽车为含四乙基铅的一氧化碳、氧化氮和铅烟（当时所用汽车为含四乙基铅的汽油）。汽油）。第43页/共134页第44页/共134页第45页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v光化学烟雾：光化学烟雾：2020世纪世纪4040年代，每到秋冬季节，在年代，每到秋冬季节，在美国加利福尼亚州洛杉矶市首先发现了一种强刺美国加利福尼亚州洛杉矶市首先发现了一种强刺激性的淡蓝的烟雾激性的淡蓝的烟雾(后来命名为后来命名为”光化学烟雾光化学烟雾”)。许多人的眼睛轻度红肿，嗓子疼痛，甚至还有。许多人的眼睛轻度红肿，嗓子疼痛，甚至还有人皮肤出现程度不等的潮红、丘斑疹等；人们还人皮肤出现程度不等的潮红、丘斑疹等；人们还常会产生呼吸困难和疲乏的感觉。常会产生呼吸困难和疲乏的感觉。第46页/共134页第47页/共134页v在洛杉矶发生烟雾事件期间，在洛杉矶发生烟雾事件期间，生长在郊区的蔬菜全部由绿变生长在郊区的蔬菜全部由绿变褐，无人敢吃；远离城市褐，无人敢吃；远离城市100100千米以外的海拔千米以外的海拔20002000米高山上米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘的大片松林也因此枯死，柑橘减产。水果和农作物减产，大减产。水果和农作物减产，大批树木落叶发黄，几万公顷的批树木落叶发黄，几万公顷的森林有森林有1/41/4以上干枯而死。美以上干枯而死。美国植物因光化学烟雾污染，每国植物因光化学烟雾污染，每年减产达年减产达1212-13-13，造成近，造成近19731973亿美元的损失。亿美元的损失。v另外，光化学烟雾还会促成另外，光化学烟雾还会促成酸雨形成，并使染料、绘画酸雨形成，并使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，建筑褪色，橡胶制品老化，建筑物和机器受腐蚀等。物和机器受腐蚀等。第48页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v定义：定义：含有氮氧化物和烃类的大气，在阳光紫外线的照含有氮氧化物和烃类的大气，在阳光紫外线的照射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物。（射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物。（80%O80%O3 3、HNOHNO3 3、PANPAN过氧乙酰硝酸酯、醛类、酮类）过氧乙酰硝酸酯、醛类、酮类）v污染特征：污染特征：蓝色、淡黄色、强刺激性、有气味蓝色、淡黄色、强刺激性、有气味v危害：危害：降低能见度、刺激人的眼睛、喉咙、伤害植物叶降低能见度、刺激人的眼睛、喉咙、伤害植物叶片甚至是橡胶片甚至是橡胶v19511951年，美国开始研究年，美国开始研究第49页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成过程：形成过程：1 1、COCO、NONO浓度峰值与运输浓度峰值与运输高峰期一致，而高峰期一致，而NONO2 2、O O3 3峰值峰值滞后；滞后；2 2、夜间不出现光化学烟雾夜间不出现光化学烟雾分析：分析：NONO不吸光，不吸光，NONO2 2吸光，对流吸光，对流层中层中O O3 3的产生来源只有的产生来源只有NONO2 2第50页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成过程：形成过程：随随NONO和和C C3 3H H6 6等初始反应物的等初始反应物的氧化消耗、氧化消耗、NONO2 2和醛量增加，和醛量增加，当当NONO耗尽时，耗尽时，NONO2 2出现最大出现最大值。此后，随着值。此后，随着NONO2 2的消耗的消耗(浓度下降浓度下降)，O O3 3和其它氧化和其它氧化剂如过氧乙酰硝酸酯剂如过氧乙酰硝酸酯(PAN)(PAN)产生了。产生了。烟雾箱模拟曲线烟雾箱模拟曲线C C3 3H H6 6-NO-NO-空气空气(O(O2 2、N N2 2)混合物经混合物经紫外线照射后的时间紫外线照射后的时间-成分关系图成分关系图第51页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成过程：形成过程：NONO被氧化为被氧化为NONO2 2;碳氢化合物的氧化消耗；碳氢化合物的氧化消耗；臭氧臭氧(O(O3 3)和其它氧化剂如和其它氧化剂如PANPAN的生成。的生成。第52页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成机制：形成机制：NONO2 2光解导致光解导致O O3 3的生成的生成v无外物，臭氧不积累，三者之无外物，臭氧不积累，三者之间会形成稳态。当存在外物，间会形成稳态。当存在外物，加速加速NONO向向NO2NO2转化时，臭氧积转化时，臭氧积累，这是烟雾形成的累，这是烟雾形成的关键关键。v此外物是什么？此外物是什么？第53页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成机制：形成机制：有机有机HCHC化合物的氧化生成了活性自由基，尤其是化合物的氧化生成了活性自由基，尤其是HOHO2 2、RORO2 2等等第54页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成机制：形成机制：HOHO2 2、RORO2 2引起了引起了NONO向向NONO2 2转化，转化，进一步提供了生成进一步提供了生成O O3 3的的NONO2 2源，同时形成了含源，同时形成了含N N的二次污染物如的二次污染物如PANPAN和和HNOHNO3 3等。等。第55页/共134页第56页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成条件：形成条件：污染源条件污染源条件存在排放存在排放NONO2 2、HCHC等污染物的污染源，如汽车等污染物的污染源，如汽车尾气、以石油为原料的工厂排气。尾气、以石油为原料的工厂排气。第57页/共134页第三节大气环境中污染物的化学转化第三节大气环境中污染物的化学转化四、光化学烟雾的形成四、光化学烟雾的形成v形成条件：形成条件：地理条件地理条件NONO2 2需吸收波长为需吸收波长为290-430nm290-430nm的光的光a)a)南北纬南北纬6060度之间，光强大度之间，光强大b)b)夏季可能性冬季，夏季中午前后易发夏季可能性冬季，夏季中午前后易发c)c)利于污染物在地面附近聚积的天气，如天气晴朗、高利于污染物在地面附近聚积的天气，如天气晴朗、高温低湿、有逆温、风力不大。温低湿、有逆温、风力不大。第58页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散v思考：思考：影响大气污染物扩散的因素有哪些？影响大气污染物扩散的因素有哪些？v除污染源状况外，还有除污染源状况外，还有气象条件气象条件、近地层、近地层下下垫面垫面状况状况第59页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（一）气温垂直递减率（一）气温垂直递减率v绝热运动：绝热运动：假设一小空气块，在垂直方向上快速假设一小空气块，在垂直方向上快速运动，来不及和外围的空气进行热交换，则这个运动，来不及和外围的空气进行热交换，则这个空气块的运动称绝热运动。空气块的运动称绝热运动。v干绝热递减率：干绝热递减率：干空气块或未饱和的空气块在绝干空气块或未饱和的空气块在绝热条件下，每升高单位高度所造成的温度下降数热条件下，每升高单位高度所造成的温度下降数值：值：rd=-dTi/dZ=1K/100m。第60页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（一）气温垂直递减率（一）气温垂直递减率v温度层结：温度层结：气温沿高度分布的曲线。气温沿高度分布的曲线。正常分布层结正常分布层结中性层结中性层结等温层结等温层结逆温逆温利于扩散利于扩散不利于扩散不利于扩散第61页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（二）大气稳定度（二）大气稳定度v定义：定义：在垂直方向上大气稳定的程度在垂直方向上大气稳定的程度v分类：分类：假定空气块受到某种外力作用，产生上升假定空气块受到某种外力作用，产生上升或下降运动，当外力去除后，可能发生三种运动。或下降运动，当外力去除后，可能发生三种运动。气块减速并有返回原来高度的趋势，则大气是稳气块减速并有返回原来高度的趋势，则大气是稳定的；气块加速上升或下降，则大气是不稳定的；定的；气块加速上升或下降，则大气是不稳定的；气块停止运动或等速运动，则大气是中性的。气块停止运动或等速运动，则大气是中性的。第62页/共134页(1)avav(2)(3)a=0v处于不同平衡状态的小球处于不同平衡状态的小球不稳定稳定中性第63页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散（二）大气稳定度（二）大气稳定度v与温度层结的关系与温度层结的关系vrrd时，时，v0rrd时，时，vrrdT1T2T T1 1TT2 2,气块继续上升，气块继续上升，大气不稳定，利于扩散大气不稳定，利于扩散rrdT T1 1T T2 2,气块下降，大气较稳定，污染物在气块下降，大气较稳定，污染物在一定范围内扩散一定范围内扩散上层空气气温下层空气，空气密度上层下层，上层空气气温下层空气，空气密度上层下层，不对流，不运动，大气异常稳定，污染物不易扩不对流，不运动，大气异常稳定，污染物不易扩散散r0第64页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（三）逆温（三）逆温v定义：定义：气温随高度增加而增加的现象气温随高度增加而增加的现象v分类：分类：根据逆温的生成过程，分为七类根据逆温的生成过程，分为七类辐射逆温晴朗无云的夜间，黎明最重辐射逆温晴朗无云的夜间，黎明最重下沉逆温赤道周围空气受热上升，在中纬地带下沉下沉逆温赤道周围空气受热上升，在中纬地带下沉平流逆温暖空气平流到冷地面上平流逆温暖空气平流到冷地面上湍流逆温低层空气发生湍流，上下层中间出现逆温湍流逆温低层空气发生湍流，上下层中间出现逆温锋面逆温冷暖气团相遇，暖气团爬升锋面逆温冷暖气团相遇，暖气团爬升地形逆温白天，山谷中地形逆温白天，山谷中海岸逆温白天，海岸带地面海岸逆温白天，海岸带地面第65页/共134页(a)(a)正常温度层结正常温度层结(b)(b)逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展(c)(c)辐射达到最强时为黎明前辐射达到最强时为黎明前(d)(d)日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐渐消失日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐渐消失(e)(e)上午上午1010时左右，逆温消失时左右，逆温消失 这种逆温冬季最强，中纬度地区可达这种逆温冬季最强，中纬度地区可达200200300m300m第66页/共134页形成机制：形成机制：当高压区内某一层空气发生下沉运动时，因气压当高压区内某一层空气发生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及气层向水平方向辐射，其厚度减少（逐渐增大，以及气层向水平方向辐射，其厚度减少（h hhh）。）。这样空气层顶部下沉的距离（这样空气层顶部下沉的距离（l+hl+h），要比底部下沉的距离），要比底部下沉的距离（l+hl+h）大，所以顶部空气的增温要比底部多，从而形成）大，所以顶部空气的增温要比底部多，从而形成逆温层。逆温层。下沉逆温下沉逆温由于空气下沉压缩增温形成由于空气下沉压缩增温形成的逆温称为下沉逆温。的逆温称为下沉逆温。第67页/共134页第四节大气中污染物的扩散第四节大气中污染物的扩散一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（三）烟型（三）烟型性状性状大气状况大气状况发生情况发生情况地面污染情况地面污染情况v从烟囱排出的烟流扩散的形状与大气的温从烟囱排出的烟流扩散的形状与大气的温度层结有密切的关系。可以作为判定大气度层结有密切的关系。可以作为判定大气稳定度的一种依据。稳定度的一种依据。翻卷型（波浪型）翻卷型（波浪型）锥型锥型平展型平展型爬升型爬升型熏蒸型熏蒸型第68页/共134页波浪型波浪型 dZT锥型锥型=dZTZT平展型平展型（出口在（出口在逆温层）逆温层）烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系第69页/共134页ZTZT熏烟型熏烟型排出