大气环境化学21.ppt

第二章第二章大气环境化学大气环境化学一、大气温度层结一、大气温度层结1 1、定义：、定义：•由于地球旋转作用以及距地面不同高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吸收程度度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得温度、密度等气象要上的差异，使得温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布素在垂直方向上呈不均匀的分布•常见的方法根据温度随海拔高度的变常见的方法根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层化情况将大气分为四层第一节第一节 大气的组成及其主要污染物大气的组成及其主要污染物A、、对流层对流层 troposphereB、、平流层平流层stratosphereC、、中间层中间层mesosphereD、、热层（电离层）热层（电离层）thermosphereE、、逸散层逸散层exosphere100806040200热层中间层顶中间层平流层顶平流层对流层顶对流层 2 2、大气分层与各层的特性、大气分层与各层的特性160 200 240 280T(K)X(km)图图 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布A 对流层对流层 对流层是大气圈中最接近地面的一层。

对对流层是大气圈中最接近地面的一层对流层厚度随纬度和季节而变化，平均厚为流层厚度随纬度和季节而变化，平均厚为12km 对流层最显著的特点就是气温随海拔高度的增对流层最显著的特点就是气温随海拔高度的增加而降低，大约每上升加而降低，大约每上升100m，温度降低，温度降低0.6℃℃ 另一个特点是密度大，大气总质量的另一个特点是密度大，大气总质量的3/4都集中都集中在对流层在对流层 自然界主要的天气过程如雨、雪、雹等的形成自然界主要的天气过程如雨、雪、雹等的形成都发生在这一层都发生在这一层,人类活动排放的污染物绝大部分人类活动排放的污染物绝大部分停留在这一层对流层是大气中最活跃，与人类停留在这一层对流层是大气中最活跃，与人类关系最密切的一层关系最密切的一层100806040200热层中间层顶中间层平流层顶平流层对流层顶对流层 160 200 240 280T(K)X(km)图图 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布 平流层是指对流层顶到高度约平流层是指对流层顶到高度约50km的大气层，气体状态稳定的大气层，气体状态稳定在在25km以下温度随高度基本不以下温度随高度基本不变，在变，在25km以上到平流层顶，以上到平流层顶，气温随高度增加而升高。

气温随高度增加而升高有大约有大约20km厚的一层臭氧层厚的一层臭氧层吸收紫外线；没有对流运动；吸收紫外线；没有对流运动；空气比对流层稀薄得多，很空气比对流层稀薄得多，很少出现天气现象少出现天气现象 平流层中大气透明度好，气流平流层中大气透明度好，气流稳定，超高速飞机多在底部飞行稳定，超高速飞机多在底部飞行B 平流层平流层100806040200热层中间层顶中间层平流层顶平流层对流层顶对流层 160 200 240 280T(K)X(km)图图 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布C 中间层中间层 中间层是平流层顶中间层是平流层顶80km高度的大气层显著特点是高度的大气层显著特点是气温随高度的增加而降低，气温随高度的增加而降低，这种下高上低的特点使中间这种下高上低的特点使中间层对流运动非常激烈层对流运动非常激烈100806040200热层中间层顶中间层平流层顶平流层对流层顶对流层 160 200 240 280T(K)X(km)图图 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布D 热层热层热层温度随高度增加而急剧热层温度随高度增加而急剧上升，存在大量的离子和上升，存在大量的离子和电子，也称电离层。

电离电子，也称电离层电离层能将地面发射的无线电波层能将地面发射的无线电波返回地面，对全球的无线电返回地面，对全球的无线电通信具有重要意义通信具有重要意义 热层以上是逃逸层，是大气热层以上是逃逸层，是大气层逐步过渡到星际空间的一层层逐步过渡到星际空间的一层大气的升温过程大气上界大气上界地面地面地面增温地面增温地地面面辐辐射射射向宇宙空射向宇宙空 间间大大气气吸吸收收“太阳暖大地太阳暖大地”“大地暖大气大地暖大气”大大气气辐辐射射射向地面射向地面太太阳阳辐辐射射大气吸收大气吸收地地面面吸吸收收1 1、对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐、对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐射射, ,故离地面越近气温越高；离地面越远气温故离地面越近气温越高；离地面越远气温越低•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： Γ=-Γ=-dT/dzdT/dz T T————绝对温度绝对温度K, zK, z————高高•在对流层中，在对流层中，Γ>0Γ>0，，Γ=0.6K/100mΓ=0.6K/100m•即每升高即每升高100m100m气温降低气温降低0.6℃0.6℃。

•当当Γ<0 Γ<0 时称逆温大气时称逆温大气二、辐射逆温层二、辐射逆温层　　气温垂直气温垂直递减率递减率ΓΓ对对大气污染的影响大气污染的影响　　　　气温垂直递减率的大小直接影响大气的稳气温垂直递减率的大小直接影响大气的稳定性，并进而影响到污染物的扩散：定性，并进而影响到污染物的扩散： 当当ГГ>0>0时，大气不稳定，有利于污染物时，大气不稳定，有利于污染物的扩散，减轻大气污染对地面层的影响；的扩散，减轻大气污染对地面层的影响； 当当ГГ=0=0时，大气处于稳定状态，不利于时，大气处于稳定状态，不利于污染物的扩散，污染物在烟囱高度附近累积污染物的扩散，污染物在烟囱高度附近累积; ; 当当ГГ<0<0时，大气处于逆温状态，烟囱高时，大气处于逆温状态，烟囱高度至近地面层大气污染严重度至近地面层大气污染严重2 2、辐射逆温、辐射逆温•是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的•这种逆温层多发生在距地面这种逆温层多发生在距地面 100-150 m 100-150 m 高度内•最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚。

晚•有云和有风都能减弱逆温有云和有风都能减弱逆温•风速超过风速超过 2-3 2-3 m/sm/s，逆温就不易性形成逆温就不易性形成当Γ <0时，称为逆温气层1 1、风和大气湍流的影响、风和大气湍流的影响A A、、影响污染物在大气中扩散的因素：影响污染物在大气中扩散的因素： 风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起 着决定作用着决定作用风：风对大气污染物的影响包括风向和风速，风：风对大气污染物的影响包括风向和风速， 风向影响污染物的扩散方向，风速的大小风向影响污染物的扩散方向，风速的大小 决定污染物的扩散和稀释状况若风速增决定污染物的扩散和稀释状况若风速增加加 一倍，则下风向污染物浓度减小一一倍，则下风向污染物浓度减小一 半三、影响大气污染物迁移的因素三、影响大气污染物迁移的因素湍流：是大气以不同尺度做无规则运动的流体湍流：是大气以不同尺度做无规则运动的流体 污染物进入大气，随风做整体漂移，湍流的污染物进入大气，随风做整体漂移，湍流的 混合作用不断将新鲜空气卷入污染烟气中，混合作用不断将新鲜空气卷入污染烟气中， 或将烟气卷入新鲜空气中，使污染物分散稀或将烟气卷入新鲜空气中，使污染物分散稀 释释大气污染物的扩散主要是靠大气湍流作用。

大气污染物的扩散主要是靠大气湍流作用 风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就 越快，污染物的浓度就越低越快，污染物的浓度就越低B B、、摩擦层摩擦层：：可将对流层分为两层，摩擦层和自由大气层可将对流层分为两层，摩擦层和自由大气层海拔高度低于海拔高度低于1-2km1-2km的叫摩擦层，污染物主要的叫摩擦层，污染物主要 在摩擦层扩散在摩擦层扩散摩擦层以上的气层为自由大气层，天气现象出摩擦层以上的气层为自由大气层，天气现象出 现在此层现在此层摩擦层里存在两种乱流：摩擦层里存在两种乱流：•动力乱流动力乱流：也称为湍流，起因于有规律水平运：也称为湍流，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的；动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生的；•热力乱流热力乱流：又称对流，起因于地表面温度与地：又称对流，起因于地表面温度与地表面附近温度不均一，近地面空气受热膨胀而上表面附近温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成对流升，随之上面的冷空气下降，从而形成对流两种形式的乱流常并存两种形式的乱流常并存。

 dv/dt=(T'-T)g/T dv/dt——气块加速度气块加速度 T' ——受热气块温度受热气块温度 T ——大气温度大气温度 g ——重力加速度重力加速度 C C、、气体污染物的扩散很大程度取决于对流与湍气体污染物的扩散很大程度取决于对流与湍流混合的程度，垂直运动程度越大，用于稀流混合的程度，垂直运动程度越大，用于稀释污染物的大气容积量也就越大释污染物的大气容积量也就越大由于受热气块温度较高，密度较小，从而促由于受热气块温度较高，密度较小，从而促使气块上升上升过程中气体温度下降并最使气块上升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，当受热气块终达到与外界气体温度一致，当受热气块上升至上升至 T T′′=T =T 时气块与周围大气达到中性时气块与周围大气达到中性平衡，气块停止上升，这个高度定义为对流平衡，气块停止上升，这个高度定义为对流混合层上限，或称最大混合层高度混合层上限，或称最大混合层高度2 2、天气形势和地理形势的影响、天气形势和地理形势的影响A A、天气形势：、天气形势： 不利的天气形势和地形特征结合在一起常使大不利的天气形势和地形特征结合在一起常使大气污染程度加重。

如由于大气压分布不均匀，在气污染程度加重如由于大气压分布不均匀，在高压区里存在下沉气流，于是形成上热下冷的逆高压区里存在下沉气流，于是形成上热下冷的逆温现象，称温现象，称下沉逆温下沉逆温，具有持续时间长，分布广，具有持续时间长，分布广的特点，使污染物长时间的积累在逆温层而不能的特点，使污染物长时间的积累在逆温层而不能扩散世界上一些较大的大气污染事件大多是在扩散世界上一些较大的大气污染事件大多是在这种天气形势下形成的这种天气形势下形成的 B、、地理形势地理形势：：不同地形地面之间的物理性质差异引不同地形地面之间的物理性质差异引起热状况在水平方向上分布不均匀起热状况在水平方向上分布不均匀这种热力差异在弱的天气系统条件下这种热力差异在弱的天气系统条件下就有可能产生局地环流：就有可能产生局地环流：海陆风海陆风、、城城郊风郊风（（城市热岛效应城市热岛效应）和）和山谷风山谷风 陆陆 地地海海 洋洋海陆风陆陆 地地海海 洋洋陆　风海陆风海风陆陆 地地海海 洋洋海　风海陆风陆风郊区冷空气热岛效应城市冷空气郊区城郊风城郊风城郊风城郊风山谷风山谷风山谷风山谷风：谷风：谷风山谷风山谷风：山风：山风。