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1、第二章 大气环境化学(Atmosphere Environmental Chemistry)本章重点本章重点（1）污染物在大气中迁移过程；（2）光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理。大气环境化学1. 研究对象：天然和人为活动产生的大气中重要的活性物质，包 括大气、降水中的。 活性是指：有反应性；无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx 、O3、PAN等。 2. 研究范围：对流层和平流层， (令 )= (2)其中R=8.314Jmol-1K-1,M气体摩尔质量（空气的摩尔体积为 22.4lmol-1，空气密度=1.29gl-1,所以M=22.4*1.29=28.869gmol-1 ）,所以R=
2、R/M=287 Jkg-1K-1。 由（1）和（2）得到：= （3）可见只要知道温度随高度的分布函数形式，就可以推得气压随高度 的变化函数形式。风玫瑰图（m/s）3、风水平方向的空气运动，垂直方向 则称为对流或升降气流。 一般用风向、风速来表示风 的特征风向一般用16个方位表示， (E S W N)风速是单位时间内空气在水 平方向移动的距离（m/s）一般风速是地面以上10m处风 速仪观测得到的平均值4、云 大气中水汽凝结的产物 一般用云量、云高来确定大气稳定度 云高：云层底部距离地面的高度，高云（5000m）中云（2500-5000m）低云（=根据迈耶定律：R+Cv=Cp(定压比热，压力不变情
3、况下，体系内能变化，Jmol-1K-1)所以：= = =对于空气R=287 Jmol-1K-1 Cp=996.5 Jmol-1K-1所以：3、干绝热递减率 气团干绝热升高或降低单位距离时，温度降低或升高的数值，称为干绝 热递减率:推导过程： rd=-因为： （干绝热方程）所以rd=- =又因为所以：rd= =又由于p=RT故rd= = =0.98K/100m（1N=1kg m s-2,1J=1N m）干绝热递减率常数的推导四、大气稳定度 大气稳定度：是指大气中某一高度上的气块在垂直方向上相 对稳定的程度。 根据大气垂直递减率（r）和干绝热递减率（rd）的对比关系 ，可以确定大气稳定度。 稳定：
4、气团离开原来位置后有回归的趋势（rrd） 中性：介于上述两种情况之间（r=rd） 注意其中rd基本为不变常数0.98k/100m，r则可能变化很大。解释：当rrd不稳定五、逆温 由于上述，可见大气的垂 直温度递减率越大，则大 气就越不稳定，r与rd的关 系可表示为：rd=0.980.00不稳 定稳定中性超稳定 （逆温） 一般大气层越稳定，则越不利于污染物的扩散 而逆温则使大气的温度变化逆转，随着高度升高， 温度也升高（rh,所以HH3、湍流逆温（高空逆温） 低层空气湍流混合而上层空气未混合情况下发生的高空逆温。 在下部湍流层，气团上升过程中，温度按干绝热递减率（rd）变 化，上升到一定高度后，
5、其温度低于周围环境温度（这样它才不 继续上升，而有返回趋势，形成湍流），这样下部湍流层的温度 会低于上部未湍流层低部的温度，从而形成高空湍流逆温。六、局地环流对污染物扩散的影响 海洋和大陆在白天和夜间的热力差异，导致的白天和夜间海洋和陆地之间的风 向转换。 白天：海风，夜晚：陆风 对污染扩散的影响： 白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于形成逆温。 夜间陆风吹向海洋，陆风处于下层，温度和海洋差别不大，不易形成逆温 易造成污染物往返，海陆风转换期间，原随陆风吹向海洋的污染物又会被吹会 陆地。循环作用，如果污染源处于海路风交界处，并处于局地环流，则污染物 很难扩散出去，并不断累积达到很高的
6、浓度。1、海陆风 2、城郊风 主要动力是城市热岛效应造成的 城市空气从上层流向郊区，郊区温度较低 的空气从下部流向城市，形成城市和郊区 间的大气局地环流。 使得污染物在城区很难扩散出去，形成城 市烟幕，导致市区大气污染加剧。郊区城市郊区3、山谷风 白天：山坡升温快，山坡气流快速上升，空气由谷底补充山坡谷风 夜间：山坡降温快，山坡冷空气流向谷底山风 处于山谷地区的污染源很难扩散，早期一些大气污染事件都发生在山区， 马斯河谷烟雾事件。如今人们认识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不 再是建造工业企业的胜地。大气的平均温度或称为地表的平均温度，就是地面气温，是指 1.252m之间的气温。地球大气系统的
7、能量来源主要是太阳辐射。 目前大气和地球的平均温度维持不变约15C（1227C范围），表 明地球与大气作为整体从太阳吸收的能量与反辐射回空间的能量是 相等的。太阳辐射能的输入和输出就构成了大气的能量平衡。太阳光通量（solar flux），指地球外层空间（约1000km高空）每 单位面积上（与太阳光垂直）、单位时间内所获得的太阳能，其数 值约2cal/cm2 min。由于阳光与地球大气层的相互作用，到达地表 的太阳能仅为50%，约30%的能量反射回宇宙空间，另外20%的能 量被大气层吸收。地球大气层外界的阳光强度是以太阳常数（Solar Constant）来表 示的，定义为与光传播方向垂直的平
8、面上，每单位面积接受到的光 的总量。世界气象组织（WMO）1981年公布的数字是1368W/m2。辐射或光子是指具有能量的称为光量子的物质在空间传播的一种形 态，传播时释放出的能量称为辐射能。太阳辐射光谱是指在太阳辐射中的辐射按照波长的分布规律。太阳 表面的温度约为6000K，到达地球大气层外界的太阳辐射光谱几乎 包括了整个电磁波谱，可称为是连续光谱。红外光部分（0.830m ）占50%，可见光部分（0.40.8m）占40%，紫外光部分（ 0.20.4m）占10%，其余部分（高能辐射X、Y和宇宙射线）占1% 。太阳辐射通过大气层到达地面时，大气中的各种组分主要是N2、O2、 O3、CO2、H2
9、O和尘埃，能够吸收一定波长的太阳辐射，或反射、散 射一定波长的辐射。高能量的太阳光量子还可引起分子解离。 由于电离层中N2、O2和平流层中O3的吸收，波长小于290nm的太阳 辐射达不到地球表面，而波长为300800nm的可见光波基本不被大 气分子吸收，它们能够透过大气到达地面，即构成一个所谓光谱上的 “窗口”，这部分能量约占太阳光总能量的40%左右。波长为 8002000nm的长波辐射，则几乎都被水分子和二氧化碳分子吸收掉 。颗粒物（尘埃和云）能反射或散射太阳辐射，减少到达地面的辐射 量，是致冷因素。H2O 0.232.85m，吸收带在红外区 CO2 0.5m和0.3m O3 220320n
10、m，并解离为O2+O大气吸收=17+2=19 返回空间=25+7+2=34 地面吸收=23+19+5=47大气吸收：晴空时小颗粒散射，主要是N2、O2吸收，天呈蓝色 大气散射：阴天时颗粒物散射光杂乱，天呈灰白 大气反射：云层反射，天呈黑暗色 地面辐射：在4120m，max=10m，是长波辐射 ； 7595%被大气吸收，近地面4050m； H2O吸收78.5m和16m； CO2吸收1216.3m； 大气窗穿过812m； 大气逆辐射：大气将地面的长波辐射再返回地面，起到 保温作用，即温室效应。产生这种作用的气体称为温室 气体。 大气能量平衡是不稳定平衡，因为产生平衡的气体、云 层、地形等是变化的，受到人类行为的影响。
