环境化学第二章
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环境化学第2章 大气环境化学-4-转化
NOX在大气光化学过程起着重要的作用， NO 、NO2、
O3之间存在的光化学循环是大气光化学过程的基础。
NO2 + hv → NO + · O · + O2 + M → O3 + M O O3 + NO → NO2 +O2
★ 3.3.3氮氧化物的气相转化
（1）NO的氧化：
O3为氧化剂： NO＋O3 → NO2 + O2
3.3.1 大气中的含氮化合物
大气中主要含氮化合物有N2O、NO、NO2、HNO2、HNO3、 亚硝酸酯、硝酸酯、亚硝酸盐等。 ①氧化亚氮（N2O）：是无色气体，是清洁空气的组分，
是低层大气中含量最高的含氮化合物。
来源：主要来自天然源，即环境中的含氮化合物在微生物 作用下分解而产生的。土壤中的含氮化肥经微生物分解可 产生N2O，这是人为产生N2O的原因之一。 性质: N2O在对流层中十分稳定，几乎不参与任何化学反
· 如果是环已烯，HO· 和NO3 可加成到它的双键上。O3 与 环烯烃反应迅速，最终可生成小分子化合物和自由基。
（4）单环芳烃的反应：
大气中的单环芳烃有：如苯、甲苯以及其他化合物。它们 能与芳烃反应的主要是HO· ， 主要来源于矿物燃料的燃烧以及一些工业生产过程。 其反应机制主要是加成反应和
氢原子摘除反应。
应，进入平流层后，由于吸收来自太阳的紫外光而光解产
生NO，会对臭氧层起破坏作用。
大气污染化学中的
②一氧化氮和二氧化氮（用NOX表示） 天然来源：
氮氧化物
主要是生物有机体腐败过程中微生物将有机氮转化成
为NO，NO继续被氧化成N2O。另外，有机体中的氨基 酸分解产生的氨也可被HO· 氧化成为NOX。
《环境化学》课件第二章-2
稳定性： C2H5 > (CH3) 3CCH2 > CH2=CH > C6H5 和 CH3 > CF3 D/kJ· mol-1：410 415 431 435 435 443
2-7
《环境化学》 第二章 大气环境化学
（2）自由基的结构和活性 (Structure and Reactivity of Free Radicals) 卤原子夺氢的活性是：F•>Cl•>Br•
增长
终止
2-11
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第三节
大气中污染物的转化
(2.3 Transformation of Atmospheric Pollutants)
一、自由基化学基础 (Chemical Foundation for Free Radicals) 二、光化学反应基础 (Foundation for Photochemical Reactions) 三、大气中重要自由基来源 (Source for Important Free Radicals in the
Atmosphere)
四、氮氧化物的转化 (Transformation of NOx) 五、碳氢化合物的转化 (Transformation of Hydrocarbons) 六、光化学烟雾 (Photochemical Smog) 七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染 (Transformation of
光化学过程 A* → B1 + B2 +… A* + C → D1 + D2 +… 光解，即激发 态物种解离成 为两个或两个 以上新物种。
2-14
A*与其他分子反应生成新的物种。
《环境化学》 第二章 大气环境化学
环境化学课件第二章
汇：
四、含卤素化合物
〔1〕简单的卤代烃
源：CH3Cl、CH3Br、CH3I等卤代甲烷来自 天然源,主要是来自海洋,其余含卤素化合物都 是由于人类活动产生的.
CH3Cl和CH3Br寿命较长,可以扩散进入平流层 .而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作 用下发生光解,产生原子碘：
CH3I+hv→CH3·+I·
▪ 1.气块的绝热过程和干绝热递减率
湿沉降是其重要的消除方式193燃烧生成nox的机理一般认为有两种途径含氮化合物o极快nohnoh极快no12o203影响nox形成的因素温度温度越高形成的nox越多4nox环境浓度nox环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度nono21三含碳化合物1co1来源co是由含碳燃料的不完全燃烧而产生或者是在内燃机的高温高压的燃烧条件下产生约80的co均由汽车排放co的天然源主要来自海洋中生物的作用植物叶绿素的分解森林中放出萜的氧化森林大火以及大气中ch另外放电作用引起云层中有机物的光氧化作用二氧化碳的轻微解离作用种子发芽籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生co
* 以城市空气中SO2、NO2和可吸入颗粒物<PM10>的浓度为依据换算成空气污染 指数即API和空气质量级别
大气的主要污染物分类
害
大气污染物
一次污染物——从不同污染源直接向大气排放的有 气体和粉尘等.
二次污染物——大气污染物之间相互作
用或污染物与大气
主要大气污染物
分类
成 中的正分常成分作用或因太
从18世纪末至20世纪初,是大气污染的形成时期. 上世纪50年代至70年代,工业发达国家石油、化石燃料使用 量迅速上升,大气污染物含量迅速上升,致使大气污染加剧. 80年代以来,由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的 加剧,大气污染问题已成为全球性环境问题,严重威胁着人类 生存和发展.
四、含卤素化合物
〔1〕简单的卤代烃
源：CH3Cl、CH3Br、CH3I等卤代甲烷来自 天然源,主要是来自海洋,其余含卤素化合物都 是由于人类活动产生的.
CH3Cl和CH3Br寿命较长,可以扩散进入平流层 .而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作 用下发生光解,产生原子碘：
CH3I+hv→CH3·+I·
▪ 1.气块的绝热过程和干绝热递减率
湿沉降是其重要的消除方式193燃烧生成nox的机理一般认为有两种途径含氮化合物o极快nohnoh极快no12o203影响nox形成的因素温度温度越高形成的nox越多4nox环境浓度nox环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度nono21三含碳化合物1co1来源co是由含碳燃料的不完全燃烧而产生或者是在内燃机的高温高压的燃烧条件下产生约80的co均由汽车排放co的天然源主要来自海洋中生物的作用植物叶绿素的分解森林中放出萜的氧化森林大火以及大气中ch另外放电作用引起云层中有机物的光氧化作用二氧化碳的轻微解离作用种子发芽籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生co
* 以城市空气中SO2、NO2和可吸入颗粒物<PM10>的浓度为依据换算成空气污染 指数即API和空气质量级别
大气的主要污染物分类
害
大气污染物
一次污染物——从不同污染源直接向大气排放的有 气体和粉尘等.
二次污染物——大气污染物之间相互作
用或污染物与大气
主要大气污染物
分类
成 中的正分常成分作用或因太
从18世纪末至20世纪初,是大气污染的形成时期. 上世纪50年代至70年代,工业发达国家石油、化石燃料使用 量迅速上升,大气污染物含量迅速上升,致使大气污染加剧. 80年代以来,由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的 加剧,大气污染问题已成为全球性环境问题,严重威胁着人类 生存和发展.
环境化学：第二章大气环境化学 3
-4
λ < 120 nm
N2 + hν
N+N
120 160 200 240
λ (nm)
图2-29 O2吸收光谱（R. A. Bailey, 1978）
第三节 大气中污染物的转化
（2）臭氧的光离解
O + O2 + M 低碰于撞1反00应0 km的大气中，O3 + M
臭氧吸收1180 nm以下的光就可以离解，但主要 吸收290 nm以下的光，较长波长的光可以进入对流 层和地面。
A ：B 能量 A+ + BA ：B 能量 A·+B·
不对称裂解 对称裂解
自由基——由对称裂解生成的带单电子的原子或原子 团称为自由基。
第三节 大气中污染物的转化
２、自由基反应(free radical reaction)
凡是有自由基生成或由自由基诱发的反应都 叫做自由基反应。
CCl3F + hγ(175~220nm)
c. H2O2 + hν 2·OH
第三节 大气中污染物的转化
1、 HO 自由基的来源
HO最高含量出现在热带,因为那里温度高,太阳辐射强。
第三节 大气中污染物的转化
2、 HO2自由基的来源
a. 甲醛光解（主要来源）：
HCHO + hν
H + HCO
H+O2 + M HCO+O2
HO2 + M HO2+CO
第三节 大气中污染物的转化
3、大气中重要吸光物质的光离解 4
（1） O2和N2的光离解
3
2
O2键能493.8KJ/mol。相
1
应波长为243nm。在紫外区 lgε
环境化学 第二章 大气环境化学
大气中重要吸光物质的光离解
4 3
（1） O2和N2的光离解
2
1 O2键能493.8KJ/mol。相 应波长为243nm。在紫外区 lgε 0 120-240nm有吸收。
O2 + hν
λ < 240 nm
-1 -2
O· + O·
N2键能：939.4KJ/mol。 对应的波长为127nm。
-3
-4
HNO
3
h ν HO NO
2
2
HO CO CO
H
2
H O 2 M HO 2HO
2
M
(有CO存在时）
H 2O 2 O 2
产生过氧自由基和过氧化氢
(5) SO2对光的吸收
SO2的键能为545.1kJ/mol， 吸收光谱 中呈现三条吸收带，键能大，240 - 400 nm 的光不能使其离解，只能生成激发态：
思考题:
太阳的发射光谱 和地面测得的太阳光 谱是否相同?为什么?
3.3大气中重要自由基来源
自由基 由于在其电子壳层的外层有
一个不成对的电子，因而有很高的活 性，具有强氧化作用。如：
CH 3 C(O)H hv H 3 C HCO
由于高层大气十分稀薄，自由基的半 衰期可以是几分钟或更长时间。自由基参 加反应，每次反应的产物之一是自由基， 最后通过另一个自由基反应使链终止，如：
SO 2 h SO 2
*
240 400 nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ P73,图2－32）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收， 吸光后的光解反应为：
南开大学《环境化学》课件第二章
上述方程两边取对数： 取地面大气压力P0=1
2-12
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第一节 大气的组成及其主要污染物 2.1 Atmospheric Composition and Primary Pollutants
一、大气的主要成分
(Main Compositions of the Atmosphere)
From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004
2-5
《环境化学》 第二章 大气环境化学
地表大气的平均压力为 101 300 Pa，相当于
每平方厘米地球表面包围着 1034 g的空气。地球 的总表面积为510 100 934 km2，所以大气总质量 约为5.3 ×1018 kg，相当于地球质量的10-6倍。大 气随高度的增加而逐渐稀薄，其质量的99.9％集中
几种惰性气体：He（5.24×10-4）、Ne（1.81×10-3）、 Kr（1.14×10-4）和Xe（8.7×10-6）的含量相对比较高。
水蒸气的含量是一个可变化的数值，一般在1% ～3%。 痕量组分，如H2（5×10-5）、CH4（2×10-4）、CO （1×10-5）、SO2（2×10-7）、NH3（6×10-7）、N2O （3×10-5）、NO2（2×10-6）、O3（4×10-6）等。
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
吸收紫外线，放出热量，臭氧吸收热量
20
对流层顶 对流层
3. 中间层 (Mesosphere)： 50~80 km
4. 热层（电离层）(Thermosphere)：80~500 km
环境化学第二章-第二节
第二节 大气中污染物的迁移
迁移：污染物由于空气的运动而使其传输和 分散的过程。
2024/7/19 1
一、辐射逆温层Radiation inversion
对流层大气的重要热源是来自地面的长波
辐射，故离地面越近气温越高；离地面越远 气温越低。
2024/7/19 2
大气垂直递减率:随高度升高气温的降低率，通
➢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。
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，
2024/7/19 12
（2）地理形势: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。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:海陆风、城郊风和山谷风。
2024/7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202累4/7/积19 达到很高的浓度。
14
城郊风
➢主要动力是城市热岛效应造成的
散。
乱
动力乱流，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；
迁移：污染物由于空气的运动而使其传输和 分散的过程。
2024/7/19 1
一、辐射逆温层Radiation inversion
对流层大气的重要热源是来自地面的长波
辐射，故离地面越近气温越高；离地面越远 气温越低。
2024/7/19 2
大气垂直递减率:随高度升高气温的降低率，通
➢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。
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，
2024/7/19 12
（2）地理形势: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。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:海陆风、城郊风和山谷风。
2024/7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202累4/7/积19 达到很高的浓度。
14
城郊风
➢主要动力是城市热岛效应造成的
散。
乱
动力乱流，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；
《环境化学》第二章
大气污染物的转化—硫氧化物的转化
SO3+H2O→H2SO4 HO2· NO→ HO· NO2 + + CH3ĊHOO· SO2→ CH3CHO + SO3 + HO2· SO2→ HO· SO3 + + CH3O2· SO2→ CH3O· SO3 + + CH3C (O)O2· SO2 → CH3C (O)O· + + SO3
（4）亚硝酸和硝酸的光离解 • HNO2+hv→HO· +NO • HNO2+hv→H· +NO2 • HO· +NO →HNO2 • HNO2+ HO· 2O+NO2 →H • NO2 +HO· HNO3 → • HNO3+hv→HO· +NO2
大气中重要的光化学反应
• 如果有CO存在，HO· +CO →H· +CO2 • 上述反应得到的氢自由基引发反应： H· 2→HO2· +O 2HO2· 2O2 +O2 →H • 可见，大气中亚硝酸和硝酸的光解能够 导致HNO3、NO2、 CO2、 H2O2 等的产 生。
大气污染物的转化—硫氧化物的转化
（3） SO2的液相氧化 SO2的液相平衡： SO2被水直接吸收 SO2+H2O ⇌ SO2· 2O H SO2· 2O ⇌ H++HSO3H HSO3- ⇌ H++SO32O2的非催化氧化：2SO32-+O2→2SO422HSO3-+O2→2H++2SO422SO2· 2O+O2→4H++2SO42H
大气污染物的转化—硫氧化物的转化
环境化学第二章化学污染物的迁移行为
Fick第一定律：
D x 2Sx C x,D y 2Sy C y,D z2Sz C z
D
2 x
，D
2 y
，D
2 z
：x、y、z方向湍流扩散的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
S x ，S y ，S z ：x、y、z方向湍流扩散系数
二、水中污染物的迁移
弥散：水体横断面上的实际的流速分布不均匀引起的 。
P h o to ly sis P h o to d e g r a d a tio n
V olatilization D eposition
KOA, PL
P a r titio n
KOA, PL
H ydrolysis K OW
Sedim entation
B io d eg ra d a tio n
内容
第一节 概述 (Outline)
一、大气中污染物的迁移 二、水中污染物的迁移 三、土壤中污染物的迁移 四、生物相中污染物的迁移 五、污染物多介质迁移
一、大气中污染物的迁移
1. 迁移 (Transport)、转化(Transformation) 迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动(时 间和空间)。 转化：污染物的变化(形态变化、化学变化) ，从一种物质， 变成另外一种物质。环境效应、毒性发生变化。
四、生物相中污染物的迁移
3. 植物 植物提取：污染物进入植物体内，本身形态、性质不发 生改变，储存在植物组织中。
植物转运：通过木质部或韧皮部沿根－茎－叶向上转运， 水溶解性。
植物固定：与植物体内某些组分结合。
植物挥发：植物释放挥发性有机物。污染修复TCE。 根际效应：生物有效性、结合位点、微生物活性
环境化学 第2章 大气环境化学4
酸雨及其研究 世界三大酸雨区：欧洲、北美、中国
中国：长江以南、青藏高原以东以及四川盆地
§3.7.1 降水的pH
在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是 CO2。如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的
全球大气浓度330mL/m3与纯水的平衡：
KH C O2 (g) H 2O C O2 H 2O
它主要是由于燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧
化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。
这种污染多发生在冬季，气温较低、湿度较高和日光较弱的
气象条件下。
在硫酸型烟雾的形成过程中，SO2转变为SO3的氧化反应主
要靠雾滴中锰、铁及氨的催化作用而加速完成。
硫酸烟雾型污染物，从化学上看是属于还原性混合物，故称
酸雨对水生生态系统的危害
酸雨使河流、湖泊的水体酸化，抑制水生生物的生长和繁殖，
杀死水中的浮游生物，减少鱼类食物来源，使水生生态系统紊乱， 严重影响水生动植物的生长。 酸雨造成美国75％的湖泊和大约一半的河流酸化；加拿大43 ％的土地已对酸雨高度敏感，有14000个湖泊是酸性的。挪威和瑞 典南部五分之一的湖没有鱼，在中国南方酸雨地区有近一半湖泊， 受到不同程度的酸化污染。
酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。
酸雨对陆生生态系统的危害
农业减产：
酸雨可使土壤微生物种群变化，细菌个体生长变小，生长繁殖
速度降低。
酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物 的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物生长不利。 科学家估计我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩，减 产达20万吨，减产幅度约6%，每年经济损失1400万元。
伦敦型 较早(1873 年),已多次出现
环境化学 第二章 大气环境化学
高度电离，电离层，稀薄
0 160 200 240 280 K
8
大气温度的垂直分布
高度（km）3000
散逸层
（+ ）
500
400 热成层 300
（+ ）
200
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
80
电离层
紫外线的强烈照
射，N2和O2产生 不同程度的离解
度 高 k（ m）
70 中间层
60
对流层
16
2．平流层（Stratosphere）
范围：高度12~50km 特征： ① 温度随高度增加而上升, 温度大约为220~260K, 在
12~20km处温度基本不变。 ②由于高能电磁辐射比对流层强烈，所以光化学反应很
重要。 ③O3层即存在于此层下部，高度为15~35km处，其中
25km处浓度最高。
擦层边界层低层大气（1－2km）污染物 80
集中；自由层：自然现象对流层顶层：
水变冰，阻止氢的损失
60
X(km)
B、平流stratosphere
O2→O· + O · O · +O2→O3
O3→O · + O2 O3+ O · →2O2
40
吸收紫外线
C、中间层mesosphere
20
D、热层（电离层）thermosphere
1、要在江南地区顺利育苗，可采取哪些有效的措施？
夜间在秧田里灌水；人造烟雾的办法
2、温室内气温高于室外的原因是什么？ 温室内二氧化碳的浓度较高，水分充足，能更多的吸收红外线长波辐射， 保温效应好
3、农民在冬季采用塑料大棚发展农业，是对哪些自然条件进行改造？ 热量条件和水分条件
0 160 200 240 280 K
8
大气温度的垂直分布
高度（km）3000
散逸层
（+ ）
500
400 热成层 300
（+ ）
200
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
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电离层
紫外线的强烈照
射，N2和O2产生 不同程度的离解
度 高 k（ m）
70 中间层
60
对流层
16
2．平流层（Stratosphere）
范围：高度12~50km 特征： ① 温度随高度增加而上升, 温度大约为220~260K, 在
12~20km处温度基本不变。 ②由于高能电磁辐射比对流层强烈，所以光化学反应很
重要。 ③O3层即存在于此层下部，高度为15~35km处，其中
25km处浓度最高。
擦层边界层低层大气（1－2km）污染物 80
集中；自由层：自然现象对流层顶层：
水变冰，阻止氢的损失
60
X(km)
B、平流stratosphere
O2→O· + O · O · +O2→O3
O3→O · + O2 O3+ O · →2O2
40
吸收紫外线
C、中间层mesosphere
20
D、热层（电离层）thermosphere
1、要在江南地区顺利育苗，可采取哪些有效的措施？
夜间在秧田里灌水；人造烟雾的办法
2、温室内气温高于室外的原因是什么？ 温室内二氧化碳的浓度较高，水分充足，能更多的吸收红外线长波辐射， 保温效应好
3、农民在冬季采用塑料大棚发展农业，是对哪些自然条件进行改造？ 热量条件和水分条件
第二章.环境化学-第3节(2)
1、大气中的含氮化合物
主要含氮污染物：N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3、 亚硝酸酯、硝酸酯、亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐等。
N2O： 简介：无色气体，清洁空气组分，低层大气中含量最高的 含氮化合物。 天然源：环境中的含氮化合物在微生物作用下分解而产生 的，是其主要来源。 人为源：土壤中含氮化肥经微生物分解可产生。
4.NOx 的液相转化 （1）NOx 的液相平衡。NO和NO2在气液两相间 的关系为： NO（g） NO（aq） NO2（g） NO2（aq） 溶于水中的NO（aq）和NO2（aq）可通过如 下方式进行反应： 2 NO2（ aq ） 2H+ +NO2- +NO3NO（aq）+ NO2（ aq ） 2H+ +2NO2-
3、氮氧化物的气相转化
C、过氧乙酰硝酸酯 PAN（ peroxyacyl nitrates） PAN 是由乙酰基与空气中的氧气结合形成过氧乙酰基，然后再 与NO2 化合生成化合物。 O CH3CO· + O2 → CH3COO· O O CH3COO· + NO2 → CH3COONO2
乙酰基来源：
另外，稳态时：d [ NO2 ]
dt
k1 [ NO ] k 3 [O3 ][NO ]
=0，
所以
[O3 ]
k1 [ NO2 ] k 3 [ NO ]
(所以[O3]也随[NO2]呈正比例变化) （2） （3）
因为体系中总氮是守恒的，因此有
[ NO] [ NO2 ] [ NO]0 [ NO2 ]0
甲烷的氧化反应 CH4+HO· CH3·+H2O CH4+O· CH3·+HO· CH3·+O2 CH3O2· 大气中的O· 主要来自O3的光解，通过上述 反应，CH4不断消耗O·，可导致臭氧层的损耗， 同时，CH3O2· 是一种强氧化性自由基，可发 生如下反应： NO+ CH3O2· NO2 + CH3O· CH3O·+ NO2 CH3O NO2 CH3O·+ O2 HO2·+H2CO
《环境化学》课件第二章-3
NO → NO2 不 需要 O3 参与也 能发生，导致 O3 积累
O3 积累过程导致 许多羟基自由基 的产生
NO和烃类化合物 耗尽
2-7
《环境化学》 第二章 大气环境化学
hν
[O]
[O]
[O] [O]
Generalized scheme for the formation of photochemical smog
图 EKMA方法中的O3等体积分数曲线 (唐孝炎，1990) 0 RH
K
0 NO x
2-10
《环境化学》 第二章 大气环境化学
B.O3 的控制
当[RH]0/[NOx]0 高时，[NOx]0少， O3的生成受[NOx]0的影响明显； [RH]0/[NOx]0 低时，[NOx]0高， O3的生成受[NOx]0的影响不明显；
Oxysulfides and Sulfuric Acid Smog)
八、酸性降水 (Acid Precipitation) 九、温室效应 (Greenhouse Effect) 十、臭氧层的形成与耗损(Formation and Depletion of Ozone Layer)
2-13
《环境化学》 第二章 大气环境化学
Oxysulfides and Sulfuric Acid Smog)
八、酸性降水 (Acid Precipitation) 九、温室效应 (Greenhouse Effect) 十、臭氧层的形成与耗损(Formation and Depletion of Ozone Layer)
2-1
《环境化学》 第二章 大气环境化学
2-4
《环境化学》 第二章 大气环境化学
B. 日变化曲线
02-1环境化学第二章__大气环境化学(1)
（三）中间层
从平流层顶到约85km的高度
特点：
1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低
（-100℃） 4、对流运动强烈。 5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（四）热层
从80km到约500km的高度
特点： 1、温度随高度增加迅速增高； 2、大气更为稀薄; 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的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结。
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
以上快 (占N9O0%＋以1上／)2，O其2 次才N为ON2O2（仅占10%左慢右）
（三）含碳化合物的来源和演变
CO、CO2、CHx、含氧烃等
1、CO
1）危害
阻碍体内氧气输送 参与光化学烟雾形成
·OH ＋ CO CO2 ＋ H· O2 ＋ H· HO 2·＋ M
NO ＋ HO2· NO2＋ ·OH
N2O ＋
N2＋O·N2O ＋
hv N2O ＋
O2N·O
N2＋O2
O·
（二）含氮化合物的来源和演变
2、NOx
1）危害
NO、NO2，通式NOx
与血红蛋白结合，肺炎
损伤叶组织、造成斑点 光化学烟雾
（二）含氮化合物的来源和演变
NO、NO2，通式NOx
环境化学第二章
1、大气的组成 气体 氮（78.09%）
氧（20.95%）
[
]
n. 层化，成层，
阶层的形成
氩（0.9%）、
CO2（0.03%）、 稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%、 液体 水（正常范围 1-3%）
第一节 大气中污染物的迁移
固体悬浮物：冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）
尘埃：>10μm称降尘（数小时）
(—ddTz )env
MMD
MMD
MMD
T0 T0′
a
T0
T0 ′
b
T0 T0 ′
c
气块受太阳辐射等原因升温到T0′，它将按照干绝热线膨胀上升，
如图中虚线，两线的相交处为最大混合层高度。
思考：气层稳定性、白昼与最大混合层高度关系？
夜间：可为0
白天:2000-3000米。小于1500米，城市普遍污染
第一节 大气中污染物的迁移 2、天气形势和地理地势的影响：局地环流
(—ddTz )env
MMD
MMD
MMD
T0 T0′
a
T0
T0 ′
b
T0 T0 ′
c
图2-6中，T0表示地面温度，气层温度曲线由实线表示， （dT/dz）env，MMD表示最大混合层高度。虚线为干绝
热垂直递减率。
第一节 大气中污染物的迁移
图2-6. 不同情况下的最大混合层高度（K. Wark, 1981）
0
160
200
240
T(K)
平流层
对流层
280
图2-1 大气温度的垂直分布
20
16
12
8
4 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
环境化学第二章第一二节
4
主要内容
重点内容: （1）污染物在大气中的迁移
Ø 气象基础：大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、 大气稳定度、大气混合层 Ø 污染物迁移影响因素：混合层、地形、逆温、山谷风、 海陆风等 Ø 污染物迁移的数学模式：推导与应用
（2）污染物在大气中的转化
Ø 光化学反应基础 Ø 自由基反应和来源 Ø 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化
28
第二节 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1．光化学反应过程
分子、原子、自由基或离子吸收光
子而发生的化学反应称
光化学反应，大气光化学
反应分为两个过程。
29
初级过程：化学物种吸收光量子形成 激发态物种，其基本步骤为：
A h A
*
分子接受光能后可能产生三种能量跃 迁：电子的（UV- vis），振动的(IR)，转 动的(NMR)，只有电子跃迁才能产生激发 态物种 A 。
改变温度和风的分布，气候变化：污染改变大
气组成，使其吸光特性变化（阳伞效应和温室效 应）。
2
第二章 大气环境化学
第二，污染对于健康的危害
气态污染物的健康危害：光化学烟雾、臭氧层破
坏
颗粒态污染物的健康危害：沙尘暴、烟尘污染 复合型污染危害：硫酸型烟雾、珠三角的灰霾
间接型健康风险和危害：对于大气性质的影响间
少有天气现象，透明度极高。 （3） 在15-35km的范围内（平流层上层），有厚约
20km的臭氧层，从而导致平流层的温度升高。
12
13
3、中间层(Meosphere):
从平流层顶到约85km的高度。
（1） 空气更稀薄 （2） 无水分 （3） 温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低 （-100℃） （4） 中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
主要内容
重点内容: （1）污染物在大气中的迁移
Ø 气象基础：大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、 大气稳定度、大气混合层 Ø 污染物迁移影响因素：混合层、地形、逆温、山谷风、 海陆风等 Ø 污染物迁移的数学模式：推导与应用
（2）污染物在大气中的转化
Ø 光化学反应基础 Ø 自由基反应和来源 Ø 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化
28
第二节 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1．光化学反应过程
分子、原子、自由基或离子吸收光
子而发生的化学反应称
光化学反应，大气光化学
反应分为两个过程。
29
初级过程：化学物种吸收光量子形成 激发态物种，其基本步骤为：
A h A
*
分子接受光能后可能产生三种能量跃 迁：电子的（UV- vis），振动的(IR)，转 动的(NMR)，只有电子跃迁才能产生激发 态物种 A 。
改变温度和风的分布，气候变化：污染改变大
气组成，使其吸光特性变化（阳伞效应和温室效 应）。
2
第二章 大气环境化学
第二，污染对于健康的危害
气态污染物的健康危害：光化学烟雾、臭氧层破
坏
颗粒态污染物的健康危害：沙尘暴、烟尘污染 复合型污染危害：硫酸型烟雾、珠三角的灰霾
间接型健康风险和危害：对于大气性质的影响间
少有天气现象，透明度极高。 （3） 在15-35km的范围内（平流层上层），有厚约
20km的臭氧层，从而导致平流层的温度升高。
12
13
3、中间层(Meosphere):
从平流层顶到约85km的高度。
（1） 空气更稀薄 （2） 无水分 （3） 温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低 （-100℃） （4） 中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
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4、干绝热垂直递减率（Γd ）：干空
气在上升时温度降低值与上升高度的比。
Γd=0.98℃/100m≈1 ℃/100m
空气移动，高压区→低压，膨胀降温，压缩升温。 当气团在水平方向运动，非绝热过程。 当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程
第一节 大气中污染物的迁移
四、大气稳定度：指大气中某一高度上的气块在垂直方
第一节 大气中污染物的迁移
平流层（stratosphere） （12-48km） ①气温随高度增加而升高，Γ＜0 ，层顶接近0℃， 20km-25km臭氧浓度最高； ②气体状态稳定，垂直对流很小，污染物成一薄层 ③空气稀薄，大气透明度高
民航：最高飞行10km左右 人造卫星：30-50km以上
第一节 大气中污染物的迁移 中间层（mesosphere ）（48-78km） ①气温随高度增加而降低，气温可达-92℃； ②垂直运动剧烈； ③发生光化学反应。 热层（thermosphere）/电离层（80-800km） ①气温随高度增加而迅速升高，顶部可达1200℃ ②空气密度很小，气体电离。
第一节 大气中污染物的迁移
地理地势的影响
➢ 海风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在 海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海 洋流向大陆而形成海风。
➢ 陆风：夜间海水温度降低得较慢，海面的温度较陆地 高，在海陆之间形成指向海洋的气压梯度，于是陆地 上空的空气流向海洋，形成陆风。
冷
气
光物理过程
辐射跃迁： A* A h
通过辐射磷光或荧光失活
碰撞失活：A* M A M
为无辐射跃迁，即碰撞失活
光化学过程
光离解： A* B1 B2 生成新物质
与其它分子反应生成新物种：
A* C D1 D2
团内温度会比气团外温度高，所以气团
有继续移动离开趋势。
第一节 大气中污染物的迁移
五、影响大气污染物迁移的因素
气象的动力因子：空气的机械运动（风和湍流） 气象的热力因子：逆温(天气形势、地理地势) 污染源本身特性： 1. 风和大气湍流的影响： 污染物在大气中的扩散取决于三个因素： 风（下风向） 湍流（各方向） 风和湍流起主导作用。 浓度梯度（质量扩散）
第一节 大气中污染物的迁移
根据大气的温度层结、密度层结和运动规律，
好多层呢， 记住没？ 没记住啊？ 藐视你！ 下课站墙根去！
大气可划分为
逸散层
热层
中间层 平流层
见图2-1 和图2-2
对流层
第一节 大气中污染物的迁移
Z(km) Z(km)
100
热层
80
中间层顶
60
中间层
平流层顶
40
20
对流层顶
P=ZG
DFT A
图2-3. 辐射逆温（陈世训等，1981）
第一节 大气中污染物的迁移 辐射逆温（Radiation Inversion ）--消失
P=ZG
lnP
C
B E
D FT A
图2-3. 辐射逆温（陈世训等，1981）
第一节 大气中污染物的迁移
辐射逆温的生消过程
第一节 大气中污染物的迁移
对流混合层上限（最大混合层高度）、下沉逆温、光化学反应、自由基、
二元自由基、光化学烟雾、酸沉降、温室效应。
大气分层情况。
辐射逆温的形成与消失
影响大气污染物迁移的因素
光化学反应的初级过程和次级过程
光化学烟雾的形成条件及形成机制
臭氧层的形成与损耗
第一节 大气中污染物的迁移
【熟悉内容】
地理地势形成局地环流（海陆风、城郊风、山谷风）。 大气中一些重要吸光物质的光离解重要自由基的来源 烷烃、烯烃与自由基的反应 对光化学烟雾中污染物日变化曲线进行解释 硫酸性烟雾特点 酸雨的形成机制 大气颗粒物对酸雨形成的影响 洛杉矶烟雾与伦敦烟雾的比较
第一节 大气中污染物的迁移 城郊风、热岛效应
第一节 大气中污染物的迁移 山谷风
谷风转山风时往往 造成严重空气污染
第二节 大气中污染物的转化
第二节、 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1、光化学反应过程 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反
应称光化学反应。 大气光化学反应分为两个过程：初级过程和次级过程。
第二节 大气中污染物的转化
初级过程：化学物种吸收光量子形成激发态物种，
其基本步骤为： A h A*
分子接受光能后可能产生三种能量跃迁：电子的 （UV- vis），振动的(IR)，转动的(NMR)，只有
电子跃迁才能产生激发态物种 。A
激发态物种可发生光物理过程或光化学过程
第二节 大气中污染物的转化
向上相对稳定的程度。 气块法来判定：由于某种原因气块产生小的垂直位移， 偏离平衡位置，层结大气使气块趋于 回到原来的平衡位置（r<rd ）……………………稳定 继续离开（r>rd）………………………不稳定
介于上述两种情况之间（r=rd）…………………平衡
第一节 大气中污染物的迁移
r<rd：气团离开原来位置上升到某一高
第一节 大气中污染物的迁移
辐射逆温（Radiation Inversion ）--形成
辐射逆温：地面因强 烈辐射而冷却降温。
距地面100-150 m；
无云：热量碰到云层后，一 部分折回地面，一部分吸收， 这部分又会慢慢放射回地面， 使地面温度不容易下降。
C
平静而晴朗夜晚。
lnP
冬季强：夜长
B E
第一节 大气中污染物的迁移
逸散层 (exosphere) （＞800k 其稀薄，热力学温度的含义在此
已显得非常不确切。 温度和压力一样具有统计平均意 义，温度与大量分子的平均动能
具有函数关系（½ mv2=f(T)),是
宏观的统计概念
第一节 大气中污染物的迁移
MMD
T0 T0′
a
T0
T0 ′
b
T0 T0 ′
c
气块受太阳辐射等原因升温到T0′，它将按照干绝热线膨胀上升，
如图中虚线，两线的相交处为最大混合层高度。
思考：气层稳定性、白昼与最大混合层高度关系？
夜间：可为0
白天:2000-3000米。小于1500米，城市普遍污染
第一节 大气中污染物的迁移
2、天气形势和地理地势的影响：局地环流
第一节 大气中污染物的迁移
【教学目标】
掌握一些重要的概念。 系统了解影响大气污染物迁移的因素 全面掌握光化学烟雾的特点与形成 掌握硫酸型烟雾、酸性降水的形成以及大气颗粒物的作用 掌握臭氧层变薄的原因。
第一节 大气中污染物的迁移
第一节 大气中污染物的迁移
一、大气温度层结
（Stratification of the Atmosphere）
0
160
200
240
T(K)
平流层
对流层
280
图2-1 大气温度的垂直分布
20
16
12
8
4 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ρ0 / ρ0s
图2-2 大气密度的垂直分布
第一节 大气中污染物的迁移
对流层(troposphere) （0-12km） ①气温随高度增加而降低 ，
大气垂直递减率Γ=-dT/dz=0.65℃/100m ； ②垂直对流强烈,分散污染物； ③集中了大气中90.9%天气现象（3/4大气及所有水汽） ④污染物排放直接进入，污染物的迁移主要发生层。
第一节 大气中污染物的迁移
【了解内容】
氮氧化物的转化。 未饱和空气三种不同稳定度 降水背景值 南极的臭氧洞形成原因 大气颗粒物的粒度 臭氧层的存在意义
【教学难点】
辐射逆温形成与消失的层结曲线变化。 对流混合层上限（最大混合层高度）的确定 醛、氢氧化物与自由基的反应 光化学烟雾的形成机制 臭氧层损耗的机制
dt T
到中性平衡。这个高度定 dv 气块运动的加速度；
义为对流混合层上限，或 dt
T，T ' 气块与周围空气的温度
称最大混合层高度。
g 重力加速度
第一节 大气中污染物的迁移
图2-6. 不同情况下的最大混合层高度（K. Wark, 1981）
(—ddTz )env
MMD
MMD
MMD
没有水汽和悬 浮物的空气称 为 干洁空气
第一节 大气中污染物的迁移
2、大气温度层结
定义 由于地球的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上的差异，使得描述大气状态 的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。 人们把静大气的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结。
上部气层称为自由大气，可视作理想气体，符合 ，
乱流P微V 弱n。RT
第一节 大气中污染物的迁移
低层大气中污染物的分散取决于对流与湍流的混合
程度。垂直运动程度越大，用于稀释污染物的大气容
积量越大。因温差而造成气块获得浮力加速度。
受热气块不断上升，直到
T=T′，这时气块与周围达 dv (T 'T )g
第二章 大气环境化学 Chapter 2. Atmosphere
Environmental Chemistry
第一节 大气中污染物的迁移
第二节 大气中污染物的转化
第一节 大气中污染物的迁移
【课时安排】20学时
第一节 大气中污染物的转移
6 学时
第二节 大气中污染物的转化
14学时
【掌握内容】
基本概念：大气温度层结、大气垂直递减率、气块、干绝热垂直递减率、
三、气块的绝热过程和干绝热递减率
1、气块：在大气中取一个微小容积宏观的气块，称
为空气微团，简称气块。由污染源排入大气的污染气 体，可视为一个气块考虑。
气在上升时温度降低值与上升高度的比。
Γd=0.98℃/100m≈1 ℃/100m
空气移动，高压区→低压，膨胀降温，压缩升温。 当气团在水平方向运动，非绝热过程。 当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程
第一节 大气中污染物的迁移
四、大气稳定度：指大气中某一高度上的气块在垂直方
第一节 大气中污染物的迁移
平流层（stratosphere） （12-48km） ①气温随高度增加而升高，Γ＜0 ，层顶接近0℃， 20km-25km臭氧浓度最高； ②气体状态稳定，垂直对流很小，污染物成一薄层 ③空气稀薄，大气透明度高
民航：最高飞行10km左右 人造卫星：30-50km以上
第一节 大气中污染物的迁移 中间层（mesosphere ）（48-78km） ①气温随高度增加而降低，气温可达-92℃； ②垂直运动剧烈； ③发生光化学反应。 热层（thermosphere）/电离层（80-800km） ①气温随高度增加而迅速升高，顶部可达1200℃ ②空气密度很小，气体电离。
第一节 大气中污染物的迁移
地理地势的影响
➢ 海风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在 海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海 洋流向大陆而形成海风。
➢ 陆风：夜间海水温度降低得较慢，海面的温度较陆地 高，在海陆之间形成指向海洋的气压梯度，于是陆地 上空的空气流向海洋，形成陆风。
冷
气
光物理过程
辐射跃迁： A* A h
通过辐射磷光或荧光失活
碰撞失活：A* M A M
为无辐射跃迁，即碰撞失活
光化学过程
光离解： A* B1 B2 生成新物质
与其它分子反应生成新物种：
A* C D1 D2
团内温度会比气团外温度高，所以气团
有继续移动离开趋势。
第一节 大气中污染物的迁移
五、影响大气污染物迁移的因素
气象的动力因子：空气的机械运动（风和湍流） 气象的热力因子：逆温(天气形势、地理地势) 污染源本身特性： 1. 风和大气湍流的影响： 污染物在大气中的扩散取决于三个因素： 风（下风向） 湍流（各方向） 风和湍流起主导作用。 浓度梯度（质量扩散）
第一节 大气中污染物的迁移
根据大气的温度层结、密度层结和运动规律，
好多层呢， 记住没？ 没记住啊？ 藐视你！ 下课站墙根去！
大气可划分为
逸散层
热层
中间层 平流层
见图2-1 和图2-2
对流层
第一节 大气中污染物的迁移
Z(km) Z(km)
100
热层
80
中间层顶
60
中间层
平流层顶
40
20
对流层顶
P=ZG
DFT A
图2-3. 辐射逆温（陈世训等，1981）
第一节 大气中污染物的迁移 辐射逆温（Radiation Inversion ）--消失
P=ZG
lnP
C
B E
D FT A
图2-3. 辐射逆温（陈世训等，1981）
第一节 大气中污染物的迁移
辐射逆温的生消过程
第一节 大气中污染物的迁移
对流混合层上限（最大混合层高度）、下沉逆温、光化学反应、自由基、
二元自由基、光化学烟雾、酸沉降、温室效应。
大气分层情况。
辐射逆温的形成与消失
影响大气污染物迁移的因素
光化学反应的初级过程和次级过程
光化学烟雾的形成条件及形成机制
臭氧层的形成与损耗
第一节 大气中污染物的迁移
【熟悉内容】
地理地势形成局地环流（海陆风、城郊风、山谷风）。 大气中一些重要吸光物质的光离解重要自由基的来源 烷烃、烯烃与自由基的反应 对光化学烟雾中污染物日变化曲线进行解释 硫酸性烟雾特点 酸雨的形成机制 大气颗粒物对酸雨形成的影响 洛杉矶烟雾与伦敦烟雾的比较
第一节 大气中污染物的迁移 城郊风、热岛效应
第一节 大气中污染物的迁移 山谷风
谷风转山风时往往 造成严重空气污染
第二节 大气中污染物的转化
第二节、 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1、光化学反应过程 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反
应称光化学反应。 大气光化学反应分为两个过程：初级过程和次级过程。
第二节 大气中污染物的转化
初级过程：化学物种吸收光量子形成激发态物种，
其基本步骤为： A h A*
分子接受光能后可能产生三种能量跃迁：电子的 （UV- vis），振动的(IR)，转动的(NMR)，只有
电子跃迁才能产生激发态物种 。A
激发态物种可发生光物理过程或光化学过程
第二节 大气中污染物的转化
向上相对稳定的程度。 气块法来判定：由于某种原因气块产生小的垂直位移， 偏离平衡位置，层结大气使气块趋于 回到原来的平衡位置（r<rd ）……………………稳定 继续离开（r>rd）………………………不稳定
介于上述两种情况之间（r=rd）…………………平衡
第一节 大气中污染物的迁移
r<rd：气团离开原来位置上升到某一高
第一节 大气中污染物的迁移
辐射逆温（Radiation Inversion ）--形成
辐射逆温：地面因强 烈辐射而冷却降温。
距地面100-150 m；
无云：热量碰到云层后，一 部分折回地面，一部分吸收， 这部分又会慢慢放射回地面， 使地面温度不容易下降。
C
平静而晴朗夜晚。
lnP
冬季强：夜长
B E
第一节 大气中污染物的迁移
逸散层 (exosphere) （＞800k 其稀薄，热力学温度的含义在此
已显得非常不确切。 温度和压力一样具有统计平均意 义，温度与大量分子的平均动能
具有函数关系（½ mv2=f(T)),是
宏观的统计概念
第一节 大气中污染物的迁移
MMD
T0 T0′
a
T0
T0 ′
b
T0 T0 ′
c
气块受太阳辐射等原因升温到T0′，它将按照干绝热线膨胀上升，
如图中虚线，两线的相交处为最大混合层高度。
思考：气层稳定性、白昼与最大混合层高度关系？
夜间：可为0
白天:2000-3000米。小于1500米，城市普遍污染
第一节 大气中污染物的迁移
2、天气形势和地理地势的影响：局地环流
第一节 大气中污染物的迁移
【教学目标】
掌握一些重要的概念。 系统了解影响大气污染物迁移的因素 全面掌握光化学烟雾的特点与形成 掌握硫酸型烟雾、酸性降水的形成以及大气颗粒物的作用 掌握臭氧层变薄的原因。
第一节 大气中污染物的迁移
第一节 大气中污染物的迁移
一、大气温度层结
（Stratification of the Atmosphere）
0
160
200
240
T(K)
平流层
对流层
280
图2-1 大气温度的垂直分布
20
16
12
8
4 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ρ0 / ρ0s
图2-2 大气密度的垂直分布
第一节 大气中污染物的迁移
对流层(troposphere) （0-12km） ①气温随高度增加而降低 ，
大气垂直递减率Γ=-dT/dz=0.65℃/100m ； ②垂直对流强烈,分散污染物； ③集中了大气中90.9%天气现象（3/4大气及所有水汽） ④污染物排放直接进入，污染物的迁移主要发生层。
第一节 大气中污染物的迁移
【了解内容】
氮氧化物的转化。 未饱和空气三种不同稳定度 降水背景值 南极的臭氧洞形成原因 大气颗粒物的粒度 臭氧层的存在意义
【教学难点】
辐射逆温形成与消失的层结曲线变化。 对流混合层上限（最大混合层高度）的确定 醛、氢氧化物与自由基的反应 光化学烟雾的形成机制 臭氧层损耗的机制
dt T
到中性平衡。这个高度定 dv 气块运动的加速度；
义为对流混合层上限，或 dt
T，T ' 气块与周围空气的温度
称最大混合层高度。
g 重力加速度
第一节 大气中污染物的迁移
图2-6. 不同情况下的最大混合层高度（K. Wark, 1981）
(—ddTz )env
MMD
MMD
MMD
没有水汽和悬 浮物的空气称 为 干洁空气
第一节 大气中污染物的迁移
2、大气温度层结
定义 由于地球的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上的差异，使得描述大气状态 的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。 人们把静大气的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结。
上部气层称为自由大气，可视作理想气体，符合 ，
乱流P微V 弱n。RT
第一节 大气中污染物的迁移
低层大气中污染物的分散取决于对流与湍流的混合
程度。垂直运动程度越大，用于稀释污染物的大气容
积量越大。因温差而造成气块获得浮力加速度。
受热气块不断上升，直到
T=T′，这时气块与周围达 dv (T 'T )g
第二章 大气环境化学 Chapter 2. Atmosphere
Environmental Chemistry
第一节 大气中污染物的迁移
第二节 大气中污染物的转化
第一节 大气中污染物的迁移
【课时安排】20学时
第一节 大气中污染物的转移
6 学时
第二节 大气中污染物的转化
14学时
【掌握内容】
基本概念：大气温度层结、大气垂直递减率、气块、干绝热垂直递减率、
三、气块的绝热过程和干绝热递减率
1、气块：在大气中取一个微小容积宏观的气块，称
为空气微团，简称气块。由污染源排入大气的污染气 体，可视为一个气块考虑。