大气的环境化学第二章 大气化学组分的源汇与循环109页PPT
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《环境化学》第二章.ppt
平流层 -56 -2 17 55 O3
中层
-2 -92 55 85 O2+、NO+
热层
-92 1200 85 500 O2+、NO+、NO+
大气稳定度
大气中污染物的迁移
• 污染物在大气的迁移是指由污染源排放 出来的污染物由于空气的运动使其传输 和分散的过程。
• 影响大气污染物迁移的因素： （1）风和大气湍流的影响 （2）天气形势和地理形势的影响
(随时间累积) 5~10a
(随时间累积) 107a
(随时间累积) (随时间累积)
4~7a 0.2~0.5a
4~8a 2.5~4a 0.3~2a 0.5~4d 2~4d 5~6d 8~11d
性质
永 久 性 气不 体可
变 成 半分 永 久 气 体
可 变 成 分
大气各成分的作用
大气组成
主要作用
干
主要 N2 生物体的基本成分
（2）污染物体积与气样总体积的比值（体 积—体积浓度），常用单位为ppm或 ppb。适用于气态或蒸气态物质。
ppm系指在100万体积空气中含有害气体或蒸 气的体积数，表示百万分之一；ppb是ppm的 1/1000。
大气中污 染物的转
化
第三节 大气中重要的光 化学反应
自由基化学基础
• 自由基也称游离基，是指由于共价键均裂 而生成的带有未成对电子的碎片。
• 人为源是指人类的生产活动和生活活动 产生的污染物。
（1）工业污染源 （2）交通污染源 （3）农业污染源 （4）居民生活污染源
大气污染物组成分类
• 使大气产生污染的物质称为大气污染物。 物理状态
形成过程 化学组成
大气污染物浓度表示方法
第2章 大气环境化学
=> ( R Cv ) T R p 根据迈耶定律：R’ +Cv=Cp(定压比热，压力不变情况下，体系
dT
dp
内能变化，Jmol-1K-1)
所以： C p
dT dp R T p
4、热（成）层
从80km到约800km的地方
(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电子，又称电 离层，可以反射无线电波
5、逸散层
（ 1） 800km以上高空
（ 2）
（ 3）
空气稀薄，密度几乎与太空相同
空气分子受地球引力极小，所以
气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去
上述两种分类方法具有很好的相关性，除了几种惰性气体以外，浓 度和寿命是密切相关的，一般说来浓度越大的成分寿命越长。分类仅限 于大约80公里以下的均质大气层
成分 氮(N2) 氧(O2) 氩(Ar) 二氧化碳(CO2) 氖(Ne) 氦(He) 氪(Kr) 氙(Xe) 氢(H2)
体积混合比 0.78083 0.20947 0.00934 0.00035 1.82×10-6 5.2×10-6 1.1×10-6 0.1×10-6 0.5×10-6
寿命 ～106年 ～5×103年 ～107年 ～ 5－ 6年 ～107年 ～107年 ～107年 ～107年 6-8年
甲烷(CH4)
一氧化二氮(N2O) 一氧化碳(CO) 臭氧(O3)
1.7×10-6
0.3×10-6 0.1×10-6 10-50×10-9
～10年
～25年 ～0.2－0.5年 ～ 2年
dp g dz
dp g g
=
1
pg R T
=> p R T dz R T dz => => ln
环境化学-第二章大气环境化学
19
三、大气中的主要污染物
2、含氮化合物
（2）燃料燃烧过程中NOx的形成机理 I.燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOx，即含氮 化合物+O2→NOx。 II.燃烧过程中空气中的N2在高温（>2100℃）条件下氧化生 成NOx。其机理为链反应机制：
O2(高温)→O+O (非常快) O+N2→NO+N (非常快) N+O2→NO+O (非常快) N+OH→NO+H (非常快) 2NO+O2→2NO2 (慢)
D、热层（电离层） thermosphere E、逸散层exosphere
平流层 （臭氧 层） 对流层
240 T(K) 280
20
0 160
对流 层顶
200
图 大气温度的垂直分布
7
第一节 大气的组成及其主要污染物 二、大气层的结构
1、对流层: 平均厚度12km，赤道16~18km，两极
8~10km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。
第二章 大气环境化学
第二节 大气中污染物的迁移
20
第二节 大气中污染物的迁移 一、辐射逆温层（Radiation inversion）
1、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。
※随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率：
dT dz
T——绝对温度，K； z —— 高度，m。 此式可以表征大气的温度层结（气温随垂直高度增加的分布规律）
21℃
30
高温暖气团倾向于从地表移动到低压的高处，移动 过程中，气团绝热膨胀并降温。如果气团中没有水汽凝结， 冷却速率为10℃/1000m，称为温度的干绝热递减率（rd）。
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⑴大气是一切生物体能量的直接供应者。 ⑵是植物光合作用所需CO2、O2的来源，并提供了构
成生物体蛋白质重要的氮源。 ⑶是水循环的传输体、调节器。 ⑷保护作用：吸收宇宙射线、太阳紫外辐射。 ⑸维持地球的热平衡。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
一、大气的主要成分
大气主要组分是氮和氧，其次是氩和CO2，此外 还有一些稀有气体和痕量元素，如CH4、SO2、NO2、 CO、NH3和O3等，总和不超过0.1%。
SO32-、SO42-、有机硫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物等。 来源：①火山喷发：H2S、 SO2等
②土壤厌氧微生物与植物释放：H2S、(SO2) ③陆地上降雨：SO2 、SO42④风吹起的海盐：SO42⑤人为活动
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑵含氮化合物 NO、NO2、N2O5、NH3、NO3-、 NO2-、NH4+硝
氟氯烃类(CFCs)：完全是人为产生的。破坏 臭氧层。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑸碳氢化合物 常指C1~C8的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、
炔烃、脂肪烃和芳香烃等。 CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿
冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生。 汽车废气排出的碳氢化合物主要可分为两类:
烃类----甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等； 醛类----甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等， 还有少量多环芳烃和芳烃。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑹大气颗粒物
指浮在大气中的各种固体或液体微粒， 是大气中危害最显著的物质。沉降速度极小， 常用粉尘、烟、煤烟、沉粒、轻雾、浓雾、烟 气等来描述。
第二节 大气中污染物的迁移
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑶含碳化合物 CO、CO2、CHx、含氧烃等。
成生物体蛋白质重要的氮源。 ⑶是水循环的传输体、调节器。 ⑷保护作用：吸收宇宙射线、太阳紫外辐射。 ⑸维持地球的热平衡。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
一、大气的主要成分
大气主要组分是氮和氧，其次是氩和CO2，此外 还有一些稀有气体和痕量元素，如CH4、SO2、NO2、 CO、NH3和O3等，总和不超过0.1%。
SO32-、SO42-、有机硫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物等。 来源：①火山喷发：H2S、 SO2等
②土壤厌氧微生物与植物释放：H2S、(SO2) ③陆地上降雨：SO2 、SO42④风吹起的海盐：SO42⑤人为活动
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑵含氮化合物 NO、NO2、N2O5、NH3、NO3-、 NO2-、NH4+硝
氟氯烃类(CFCs)：完全是人为产生的。破坏 臭氧层。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑸碳氢化合物 常指C1~C8的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、
炔烃、脂肪烃和芳香烃等。 CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿
冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生。 汽车废气排出的碳氢化合物主要可分为两类:
烃类----甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等； 醛类----甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等， 还有少量多环芳烃和芳烃。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑹大气颗粒物
指浮在大气中的各种固体或液体微粒， 是大气中危害最显著的物质。沉降速度极小， 常用粉尘、烟、煤烟、沉粒、轻雾、浓雾、烟 气等来描述。
第二节 大气中污染物的迁移
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑶含碳化合物 CO、CO2、CHx、含氧烃等。
南开大学《环境化学》课件第二章
Anthropogenic, biogenic
Photochemical
Photochemical
Anthropogenic, biogenic, photochemical Photochemical Anthropogenic, photochemical, volcanic Photochemical Anthropogenic Anthropogenic Photochemical Photochemical
2-4
《环境化学》 第二章 大气环境化学
Atmospheric Trace Gases in Dry Air Near Ground Level
Gas or Species Volume Percenta Major Sources Process for Removal from the Atmosphere
高度： 0~(10~16) km ，随纬度和季节发 生变化 温度：大约每上升100 m，降低 0.6 ℃ 空气运动：低纬度较强，高纬度较弱，夏 季较强，冬季较弱
100
热层
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
密度：密度大，占大气总质量的3/4
低层大气（1~2 km）：摩擦层或边界层， 污染物集中； 自由层大气（2 km以上）：自然现象； 对流层顶层：水变冰，阻止水分子进入平 流层，阻止了氢的损失。 H2O → H + HO
2-10
《环境化学》 第二章 大气环境化学
10 500
-2
Pressure/Pa
1 10
2
Degree of penetration of incoming solar radiation
Photochemical
Photochemical
Anthropogenic, biogenic, photochemical Photochemical Anthropogenic, photochemical, volcanic Photochemical Anthropogenic Anthropogenic Photochemical Photochemical
2-4
《环境化学》 第二章 大气环境化学
Atmospheric Trace Gases in Dry Air Near Ground Level
Gas or Species Volume Percenta Major Sources Process for Removal from the Atmosphere
高度： 0~(10~16) km ，随纬度和季节发 生变化 温度：大约每上升100 m，降低 0.6 ℃ 空气运动：低纬度较强，高纬度较弱，夏 季较强，冬季较弱
100
热层
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
密度：密度大，占大气总质量的3/4
低层大气（1~2 km）：摩擦层或边界层， 污染物集中； 自由层大气（2 km以上）：自然现象； 对流层顶层：水变冰，阻止水分子进入平 流层，阻止了氢的损失。 H2O → H + HO
2-10
《环境化学》 第二章 大气环境化学
10 500
-2
Pressure/Pa
1 10
2
Degree of penetration of incoming solar radiation
《大气环境化学 》课件
PART 05
大气污染控制与治理
REPORTING
政策法规与标准制定
政策法规
制定和实施大气污染防治相关政策法规，包括污染物排放标准、环境质量标准等，以规范企业和个人的行为，减 少大气污染物的排放。
标准制定
根据不同地区和行业的实际情况，制定大气污染物排放标准，以及环境空气质量标准，为污染控制提供科学依据 。
交通运
总结词
交通运输过程中会产生大量的尾气和颗粒物，如一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合 物等。
详细描述
交通运输是大气污染物的重要来源之一，主要来自汽车、摩托车和运输车辆等。 这些车辆在行驶过程中会排放大量的尾气，其中含有多种有害物质，如一氧化碳 、氮氧化物、碳氢化合物等。
农业活动
总结词
农业活动如施肥、喷洒农药等会产生一定的大气污染物，如 氨气、氮氧化物等。
《大气环境化学》 PPT课件
REPORTING
• 大气环境化学概述 • 大气污染物的来源与形成 • 大气污染物的传输与转化 • 大气污染物对人类和环境的影响 • 大气污染控制与治理 • 大气环境化学的未来展望
目录
PART 01
大气环境化学概述
REPORTING
大气环境化学的定义与重要性
定义
大气环境化学是一门研究大气环境中 化学物质的形成、转化、传输和影响 等过程的学科。
要点一
与地球科学
要点二
与生物学
研究大气化学与地球大气的相互作用，如火山喷发对大气 化学的影响。
研究大气污物对生物体的影响，以及生物体对大气污染 物的适应和进化。
THANKS
感谢观看
REPORTING
其影响因素。
大气中化学物质的环境效应与健康影响
大气的环境化学第二章 大气化学组分的源汇与循环
极快
极快
极快
极快
称把统N称O为为、奇NNOx氮O2、y化NO合。3 物、在N（2Oo5d大、dH-Nn气iOt2r、oHg化NenO3、H学coNmO4研p和ou其n究他ds有）中机。硝氮往酸还盐往能
以
NO
3
、NO
2
和
NH
4
的形式存在于气溶胶粒子和降水中。
N2O3、N2O4 、N2O5 、NO3 和 HNO2 在大气中很不稳定，常温下
~2ug/m3 ~5000x10-12(体积分数） 15x10-12~30x10-12(体积分数）
停留时间 <1~4d <3~6.5d 7~22.7d ~2a 短
第四节 含氮化合物
大 气 中 以 气 态 存 在 的 含 氮 化 合 物
有N2O 、NO、NO2 、NH3、HNO2、HNO3以及N2O3等，后者有时统
极易转化形成2NO 和 N O2：
4 2
h 0 v .5u 4 m 1 2
h 1 vu 0 m
h 4 v 2n 0 m 0
第二章 大气化学组 分的源、汇与循环
第一节 大气污染物的来源
人为源
燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气、生物质等）的燃烧 过程是向大气输送污染物的重要发生源。
由燃煤排放到大气中的污染物数量是相当可观的。 （50燃%，煤粉排尘放占SO420占%人）为；源以排内放燃机总为量主70的%各，种NO交2通、运CO输2约工具占 也是重要的大气污染物发生源。
一、氧化亚氮
N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物，主要 来自于天然来源，即由土壤中硝酸盐(NO3-)经细菌的脱 氮作用而产生：
第二章大气环境化学PPT课件
第二章 大气环境化学
(Atmosphere Environmental Chemistry)
.
1
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。
.
2
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：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、 O3、PAN等。
.
3
• 大气是指包围在地球表面并随着地球旋转的空气层。大气也称为 大气圈或大气层。大气是地球上一切生命赖以生存的气体环境。
• 大气层的重要性还在于：（1）它吸收了来自太阳和宇宙空间的大 部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；（2）大气 也是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造了一个适宜的温 度环境。
.
15
• 例 1 CH4 在 对 流 层 平 均 浓 度 c=1.55ppm ， 不 随 时 间 变 化 ， 则 FCH4=RCH4=1.5×1014 mol/y，求得停留时间为
ti 5 .1 1 41 1 .0 5 83 4 1 1 10 3 4 1 0 1 .5 6 1 5 6 0 2 .4 y （3/4指对流层占总大气圈质量的比例，16为分子量）
• 地表大气平均压力1个大气压，相当于1cm2地表上承受的空气柱 的质量为1034g。地球总表面积为5.1108km2。大气质量随高度 的分布极不均匀，主要集中在下部。大气层没有明确的边界，但 从北极光的最高发光点推算，离地面800km的高空还有少量空气 存在。所以，一般称大气层的厚度为1000km，但其75%的质量只 在10km以下的范围内，99%在30km以下，高度100km以上，空 气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。
(Atmosphere Environmental Chemistry)
.
1
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。
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2
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：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、 O3、PAN等。
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3
• 大气是指包围在地球表面并随着地球旋转的空气层。大气也称为 大气圈或大气层。大气是地球上一切生命赖以生存的气体环境。
• 大气层的重要性还在于：（1）它吸收了来自太阳和宇宙空间的大 部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；（2）大气 也是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造了一个适宜的温 度环境。
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15
• 例 1 CH4 在 对 流 层 平 均 浓 度 c=1.55ppm ， 不 随 时 间 变 化 ， 则 FCH4=RCH4=1.5×1014 mol/y，求得停留时间为
ti 5 .1 1 41 1 .0 5 83 4 1 1 10 3 4 1 0 1 .5 6 1 5 6 0 2 .4 y （3/4指对流层占总大气圈质量的比例，16为分子量）
• 地表大气平均压力1个大气压，相当于1cm2地表上承受的空气柱 的质量为1034g。地球总表面积为5.1108km2。大气质量随高度 的分布极不均匀，主要集中在下部。大气层没有明确的边界，但 从北极光的最高发光点推算，离地面800km的高空还有少量空气 存在。所以，一般称大气层的厚度为1000km，但其75%的质量只 在10km以下的范围内，99%在30km以下，高度100km以上，空 气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。
《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
环境化学PPT课件
2021/6/16
2
第一节、污染物在大气中的迁移
污染物在大气中的迁移是指由污染源排放出来的污染物由于空气的运 动使其传输和分散的过程。迁移过程可使污染物浓度降低。大气圈 中空气的运动主要是由于温度差异而引起的。
由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层大气对太阳辐射吸收程 度上的差异，使得大气的温度、密度在垂直方向上呈不均匀的分布。 人们常把静大气 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。
根据大气的温度层结、密度层结的运动规律，可将大气划分为对流层、 平流层、中层和热层等若干层。此外，还有所谓散逸层，有时也划 作一个层区。
2021/6/16
3
一、大气的组成和停留时间
二、大气垂直分层
三、气块的绝热过程和干绝热递减率
四、大气稳定度
五、逆温
六、局地环流对污染物扩散的影响
2021/6/16
特点:（1）气温随高度升高而降低，空气垂直对流强烈。
（2）空气密度大。
（3）天气复杂多变。
（4）对流层下部湍流。
（5）污染物的迁移转化主要发生在这一层。
2021/6/16
8
2021/6/16
9
2、平流层: 对流层顶到约50km的地方
特点：
（1） 空气基本无对流，平流运动占显著优势。
（2） 空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少 有天气现象，透明度极高。
ON3O(小2(大小于气于1天中1月)停、)留等SO时，2间(它小小们于于在0.1大0年1气年的中)气、的体N浓H，度3如(~变H1化天2O比)(、1较0N.明1O天显和)。、
2021/6/16
7
二、大气垂直分层:
1962,WMO, 对流层、平流层、中间层、热成层、逸散 层。
最新环境化学第二章大气课件ppt
B、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。
热 气 流 上 升
海洋
冷 气 流 下 降
陆地
冷 气 流 下 降
海洋
热 气 流 上 升
陆地
陆风 海陆风
热 气 流 上 升
海洋
冷 气 流 下 降
陆地
海风 海陆风
城郊风
冷空气
郊区
热 岛 效 应
城市
城郊风
冷空气
郊区
山谷风
山谷风：山风
山谷风：谷风
第二节 大气中污染物的转化
大气中污染物的转化是污染物在大气中经过化 学反应，如光解、氧化还原、酸碱中和以及聚合等 反应，转化成无毒化合物，从而去除了污染或者转 化成为毒性更大的二次污染物，加重污染。
1、绝热过程：
即系统（气块）与周围的环境没有热量交换。 干过程： 固定质量的气块不经历发生水相变化的过程，即气 块内部不出现液态水和固态水。
2、干气块的绝热过程
干气块在绝热上升过程中，由于外界压力减小而膨胀，就 要抵抗外界压强而做功，消耗内能，因而气块温度降低。相 反，干气块绝热下降时，由于外界压强增大而被压缩，体积功 被转化为该块空气的内能，因此温度升高。
3、干绝热垂直递减率Γd：
干空气在上升温度降低值与上升高度的比。 Γd= Ag/Cpd
= 0.977×10-4 ℃/cm = 0.98 ℃/100m ≈1℃/100m 在g和Cpd不变的情况下，Γd是常数。
对于上升干空气有如下关系： T2=T0－Γd(z-z0) (z-z0)——上升高度差； T2——干空气达到高度 z 的温度； T0——起始高度 z0 处的温度。
热 气 流 上 升
海洋
冷 气 流 下 降
陆地
冷 气 流 下 降
海洋
热 气 流 上 升
陆地
陆风 海陆风
热 气 流 上 升
海洋
冷 气 流 下 降
陆地
海风 海陆风
城郊风
冷空气
郊区
热 岛 效 应
城市
城郊风
冷空气
郊区
山谷风
山谷风：山风
山谷风：谷风
第二节 大气中污染物的转化
大气中污染物的转化是污染物在大气中经过化 学反应，如光解、氧化还原、酸碱中和以及聚合等 反应，转化成无毒化合物，从而去除了污染或者转 化成为毒性更大的二次污染物，加重污染。
1、绝热过程：
即系统（气块）与周围的环境没有热量交换。 干过程： 固定质量的气块不经历发生水相变化的过程，即气 块内部不出现液态水和固态水。
2、干气块的绝热过程
干气块在绝热上升过程中，由于外界压力减小而膨胀，就 要抵抗外界压强而做功，消耗内能，因而气块温度降低。相 反，干气块绝热下降时，由于外界压强增大而被压缩，体积功 被转化为该块空气的内能，因此温度升高。
3、干绝热垂直递减率Γd：
干空气在上升温度降低值与上升高度的比。 Γd= Ag/Cpd
= 0.977×10-4 ℃/cm = 0.98 ℃/100m ≈1℃/100m 在g和Cpd不变的情况下，Γd是常数。
对于上升干空气有如下关系： T2=T0－Γd(z-z0) (z-z0)——上升高度差； T2——干空气达到高度 z 的温度； T0——起始高度 z0 处的温度。
第二章 大气环境化学 PPT课件
3 过氧乙酰基硝酸酯（PAN):
三、氮氧化物的转化
3 过氧乙酰基硝酸酯（PAN):
四、碳氢化合物的转化
1 大气中的主要碳氢化合物 甲烷 石油烃 芳香烃 萜类
四、碳氢化合物的转化
2 碳氢化合物在大气中的反应 （1）烷烃的反应：
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：例如
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：
（3）光化学烟雾控制对策
最理想的方案当然是控制其发生的源头，即控制 碳氢化合物、氮氧化物等的排放，阻止其发生。 如：改善汽车本身：用酒精代替汽油、安装催 化反应器等。
另一种方案是使用能控制自由基形成的阻化剂， 以消除自由基使链式反应终止。比如：二乙基 羟胺（DEHA)
(C2H5)2NOH + HO. (C2H5)2NO + H2O
(二) HO·自由基的来源
3．醛(特别是甲醛)的光解
(三)H02·自由基的来源
1．甲醛的光解 H02·的主要来源是大气中甲醛(HCHO)的
光解
(三)H02·自由基的来源
(三)H02·自由基的来源
二、大气中重要自由基的来源
❖ HO·和HO2·自由基各种来源的相对重要 性取决于空气团中存在的物质、时间和地点等。
上老人死于此次事件。
五、光化学烟雾
定义：
含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的 大气，在阳光照射下发生光化学反应产生二次 污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混 合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾
五、光化学烟雾
危害：
a 人体健康：刺激人的眼睛，并伴有头 痛、呼吸困难等。 b 植物：伤害植物叶子 c 橡胶：开裂老化
六、硫氧化物的转化及硫酸型烟雾型污染
三、氮氧化物的转化
3 过氧乙酰基硝酸酯（PAN):
四、碳氢化合物的转化
1 大气中的主要碳氢化合物 甲烷 石油烃 芳香烃 萜类
四、碳氢化合物的转化
2 碳氢化合物在大气中的反应 （1）烷烃的反应：
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：例如
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：
（3）光化学烟雾控制对策
最理想的方案当然是控制其发生的源头，即控制 碳氢化合物、氮氧化物等的排放，阻止其发生。 如：改善汽车本身：用酒精代替汽油、安装催 化反应器等。
另一种方案是使用能控制自由基形成的阻化剂， 以消除自由基使链式反应终止。比如：二乙基 羟胺（DEHA)
(C2H5)2NOH + HO. (C2H5)2NO + H2O
(二) HO·自由基的来源
3．醛(特别是甲醛)的光解
(三)H02·自由基的来源
1．甲醛的光解 H02·的主要来源是大气中甲醛(HCHO)的
光解
(三)H02·自由基的来源
(三)H02·自由基的来源
二、大气中重要自由基的来源
❖ HO·和HO2·自由基各种来源的相对重要 性取决于空气团中存在的物质、时间和地点等。
上老人死于此次事件。
五、光化学烟雾
定义：
含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的 大气，在阳光照射下发生光化学反应产生二次 污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混 合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾
五、光化学烟雾
危害：
a 人体健康：刺激人的眼睛，并伴有头 痛、呼吸困难等。 b 植物：伤害植物叶子 c 橡胶：开裂老化
六、硫氧化物的转化及硫酸型烟雾型污染
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制约因子：大气特性、表面特性和污染物本身特性。
干沉降通量 Fd＝vd×ρ （x，y，z1，t）
第一步 ：大气向邻近地表的大气层输运污染
物，大气湍流和重力沉降作用；
第二步：涉及污染物扩散通过邻近地表的
Laminar薄层大气，这一层厚度仅0.1～
0.01cm，但对于干沉降却相当重要，称为干沉
清洁大气/10-9 污染大气/10-9
0.01~5 0.1~10 0.02~0.03
1~6 0.001
310 2
1.5ug·m-3 0.2ug·m-3
50~70 50~250
C、燃烧源排放的NOX主要是NO(90%)，NO2数量很少。
燃料燃烧生成的NOX可分为以下两种： （1）燃料型NOX（fuel NOx）：燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOX （2）温度型NOX(thermal NOX)：燃烧时空气中的N2在高温（>2100℃）下氧化
生成NOX 燃烧过程中，NOX形成的机理为链反应机制：
C、H2S的消除
H H O 2 S H 2 O SH
基本过程是低价态的含硫化合物在大气中被不断氧化， 高价态的含硫组分通过干、湿沉降的方式从大气中去除
化合物 H2S SO2 SO42COS CS2
大气硫化合物的环境浓度和停留时间
环境本底浓度 0.2x10-9~20x10-9（体积分数） 0.2x10-9~10x10-9（体积分数）
1.0
2.2
1~6
Spiro等（1992）
6.3
3.0
9.3
6~20
Andres和Kasgnoe （2019）
二、低价态硫
许多天然来源都可以向环境中排放含硫化合物，如火 山喷射、海水浪花和生物活动等。
天然来源排放的硫主要是以低价态存在，主要包括H2S， (CH3)2S，COS和CS2，而CH3SSCH3和CH3SH次之。 (CH3)2S(DMS) 是海洋（浮游生物）排放的主要含硫物种， 是大气中甲烷磺酸唯一来源，也是海洋大气SO2主要来源
降的表面阻力，机制不清楚，热致漂移力，光致
漂移力、分子扩散力；
第三步：污染物在接收表面的溶解性或吸附性决定
了有多少污染物被清除，这一步叫干沉降的转换
阻力。
1
1
vd
R
Ra
Rs
Rt
湿沉降
大气中的物质通过降水而落到地面的过程，称湿沉降 （wet deposition）
分类：雨除和冲刷 化学反应去除 向平流层输送
~2ug/m3 ~5000x10-12(体积分数） 15x10-12~30x10-12(体积分数）
停留时间 <1~4d <3~6.5d 7~22.7d ~2a 短
第四节 含氮化合物
大 气 中 以 气 态 存 在 的 含 氮 化 合 物
ห้องสมุดไป่ตู้
有N2O 、NO、NO2 、NH3、HNO2、HNO3以及N2O3等，后者有时统
9~16
排入大气的净增加量
3.1~4.7
N2O+hv N2O+O
N2+O 会引起臭氧层破坏 2NO
二、NO和NO2 （氮氧化物NOX）
A、NO和NO2主要来源是人类使用的燃料燃烧，燃烧源分为流动燃烧源和固 定燃烧源。
B、城市中大气中NOX2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定燃烧源的排 放。
全球范围内SO2排放量的估算 单位：Tg（S）/a
排放源
北半球 南半球 全球
范围
来源
化石燃料和工业源 飞机
生物质燃烧 火上爆发（含H2S）
68
8
76
60~100 Benkovitz等（2019）
0.06
0.004 0.06
0.03~1.0
Penner等（2019） Fahey等（2019）
1.2
第二章 大气化学组 分的源、汇与循环
第一节 大气污染物的来源
人为源
燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气、生物质等）的燃烧 过程是向大气输送污染物的重要发生源。
由燃煤排放到大气中的污染物数量是相当可观的。 （50燃%，煤粉排尘放占SO420占%人）为；源以排内放燃机总为量主70的%各，种NO交2通、运CO输2约工具占 也是重要的大气污染物发生源。
主要的大气污染物
含硫化合（H2S，SO2，DMS，COS等） 含氮化合物（NO，NO2，NH3，HNO3等） 一氧化碳和二氧化碳（CO，CO2） 碳氢化合物，碳氢氧化合物（烃、醛、酮等） 卤素化合物（HF，HCl，氯氟化碳等） 持久性有机污染物（二恶英类、PCDD/Fs） 光化学氧化剂（臭氧，H2O2，PAN等） 大气气溶胶
二氧化硫、氮氧化物、二氧 化碳、一氧化碳
二氧化硫、硫化氢等 颗粒物、粉尘、氧化亚氮等
第二节 大气污染物的汇机制
污染物的去除过程
汇机制：干沉降、湿沉降、化学反应去除、 向平流层输送
干沉降
重力沉降，与植物、建筑物或地面（土壤）相碰撞而 被捕获（被表面吸附或吸收）的过程，统称为干沉降 （dry deposition）
天然源：海洋和热带森林 人为源：农田氮肥使用、工业生产和家畜 以人为源排放导致增加为主
大气中氧化亚氮的全球预算
单位：Tg（N）/a
天然源 源
人为源 汇
来源
海洋 潮湿森林 干燥热带草原
森林 草地 农业 生物质燃烧 工业燃烧 硝酸等工业生产
平流层去除
排放量
1~5 2.3~3.7 0.5~2.0 0.1~2.0 0.5~2.0 1.8~2.3 0.2~1.0 0.4~0.9 0.5~0.9
极易转化形成2NO 和 N O2：
4 2
h 0 v .5u 4 m 1 2
h 1 vu 0 m
h 4 v 2n 0 m 0
化形成的NO2。
（2）生物源产生的氧化亚氮氧化形成NOX：
2
(3)有机体中氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧化形成的NOX：
来源
TAR
Ehhalt （2019）
Holland等 （2019）
排放源
北半球 南半球 全球
范围
来源
海洋排放
11
13
24
13~36
Kettle和 Andreae（2000）
Bates等（1992）
陆地和土壤生物
0.6
0.4
1.0
0.4~5.6
Andreae和
Jaeschke（1992)
COS是唯一能通过扩散进入平流层的含硫物种，维持平流层
中正常硫酸盐气溶胶
H2S
称把统N称O为为、奇NNOx氮O2、y化NO合。3 物、在N（2Oo5d大、dH-Nn气iOt2r、oHg化NenO3、H学coNmO4研p和ou其n究他ds有）中机。硝氮往酸还盐往能
以
NO
3
、NO
2
和
NH
4
的形式存在于气溶胶粒子和降水中。
N2O3、N2O4 、N2O5 、NO3 和 HNO2 在大气中很不稳定，常温下
极快
极快
极快
极快
Penner等 （2019）
Lee等（2019）
年份
2000
~1985
~1985
1992
——
化石燃料
33.0
21.0
20~24
21.0
22.0
飞机
0.7
0.45
0.23~0.6
0.5
0.85
生物质燃烧
7.1
7.5
3~13
5~12
7.9
土壤
5.6
5.5
4~21
4~6
7.0
氨氧化
——
3.0
0.5~3
——
2
(慢)
燃烧温度：燃烧温度越高，形成的NO的数量也越多 空燃比（质量比）：空气质量与燃料质量之比 对于典型的汽油，其化学计量空燃比为14.6。
天然原在某些区域可能成为主要的来源。NOX天然源主要为生物源，包括： （1）由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO以及随后缓慢氧
消除： 大干气、中湿S沉O降2中从的大5气0％中会消转除化。为硫酸或硫酸根，剩余的通过 和SO非2在均大相气成中核易作被用氧，化形形成成硫S酸O气3,而溶后胶与，水同结时合发，生经化过学均反相应 形成硫酸盐。 硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，危害很大
Tg=1×1012g Gg=1×109g Pg=1×1015g
人为源
肉牛
8.7
猪
2.8
马
1.2
羊
2.5
家禽
1.3
肥料
6.4
生物质燃烧
2.0
天然源
合计
30.4
野生动物
2.5
植物
5.1
海洋
7.0
合计
14.6
总计
45
NOx寿命1~4d，颗粒物NO3寿命4~9d
清洁大气和污染大气中一些含氮化合物浓度（体积分数）和寿命
物种
NO NO2 HNO3 NH3 HNO2 N2O NH4+ NO3-
一、氧化亚氮
N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物，主要 来自于天然来源，即由土壤中硝酸盐(NO3-)经细菌的脱 氮作用而产生：
3 2 细 1 2 菌 2
由于在低层大气中N2O非常稳定，是停留时间最长 的氮的氧化物，一般认为其没有明显的污染效应，大 气寿命约120a
干沉降通量 Fd＝vd×ρ （x，y，z1，t）
第一步 ：大气向邻近地表的大气层输运污染
物，大气湍流和重力沉降作用；
第二步：涉及污染物扩散通过邻近地表的
Laminar薄层大气，这一层厚度仅0.1～
0.01cm，但对于干沉降却相当重要，称为干沉
清洁大气/10-9 污染大气/10-9
0.01~5 0.1~10 0.02~0.03
1~6 0.001
310 2
1.5ug·m-3 0.2ug·m-3
50~70 50~250
C、燃烧源排放的NOX主要是NO(90%)，NO2数量很少。
燃料燃烧生成的NOX可分为以下两种： （1）燃料型NOX（fuel NOx）：燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOX （2）温度型NOX(thermal NOX)：燃烧时空气中的N2在高温（>2100℃）下氧化
生成NOX 燃烧过程中，NOX形成的机理为链反应机制：
C、H2S的消除
H H O 2 S H 2 O SH
基本过程是低价态的含硫化合物在大气中被不断氧化， 高价态的含硫组分通过干、湿沉降的方式从大气中去除
化合物 H2S SO2 SO42COS CS2
大气硫化合物的环境浓度和停留时间
环境本底浓度 0.2x10-9~20x10-9（体积分数） 0.2x10-9~10x10-9（体积分数）
1.0
2.2
1~6
Spiro等（1992）
6.3
3.0
9.3
6~20
Andres和Kasgnoe （2019）
二、低价态硫
许多天然来源都可以向环境中排放含硫化合物，如火 山喷射、海水浪花和生物活动等。
天然来源排放的硫主要是以低价态存在，主要包括H2S， (CH3)2S，COS和CS2，而CH3SSCH3和CH3SH次之。 (CH3)2S(DMS) 是海洋（浮游生物）排放的主要含硫物种， 是大气中甲烷磺酸唯一来源，也是海洋大气SO2主要来源
降的表面阻力，机制不清楚，热致漂移力，光致
漂移力、分子扩散力；
第三步：污染物在接收表面的溶解性或吸附性决定
了有多少污染物被清除，这一步叫干沉降的转换
阻力。
1
1
vd
R
Ra
Rs
Rt
湿沉降
大气中的物质通过降水而落到地面的过程，称湿沉降 （wet deposition）
分类：雨除和冲刷 化学反应去除 向平流层输送
~2ug/m3 ~5000x10-12(体积分数） 15x10-12~30x10-12(体积分数）
停留时间 <1~4d <3~6.5d 7~22.7d ~2a 短
第四节 含氮化合物
大 气 中 以 气 态 存 在 的 含 氮 化 合 物
ห้องสมุดไป่ตู้
有N2O 、NO、NO2 、NH3、HNO2、HNO3以及N2O3等，后者有时统
9~16
排入大气的净增加量
3.1~4.7
N2O+hv N2O+O
N2+O 会引起臭氧层破坏 2NO
二、NO和NO2 （氮氧化物NOX）
A、NO和NO2主要来源是人类使用的燃料燃烧，燃烧源分为流动燃烧源和固 定燃烧源。
B、城市中大气中NOX2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定燃烧源的排 放。
全球范围内SO2排放量的估算 单位：Tg（S）/a
排放源
北半球 南半球 全球
范围
来源
化石燃料和工业源 飞机
生物质燃烧 火上爆发（含H2S）
68
8
76
60~100 Benkovitz等（2019）
0.06
0.004 0.06
0.03~1.0
Penner等（2019） Fahey等（2019）
1.2
第二章 大气化学组 分的源、汇与循环
第一节 大气污染物的来源
人为源
燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气、生物质等）的燃烧 过程是向大气输送污染物的重要发生源。
由燃煤排放到大气中的污染物数量是相当可观的。 （50燃%，煤粉排尘放占SO420占%人）为；源以排内放燃机总为量主70的%各，种NO交2通、运CO输2约工具占 也是重要的大气污染物发生源。
主要的大气污染物
含硫化合（H2S，SO2，DMS，COS等） 含氮化合物（NO，NO2，NH3，HNO3等） 一氧化碳和二氧化碳（CO，CO2） 碳氢化合物，碳氢氧化合物（烃、醛、酮等） 卤素化合物（HF，HCl，氯氟化碳等） 持久性有机污染物（二恶英类、PCDD/Fs） 光化学氧化剂（臭氧，H2O2，PAN等） 大气气溶胶
二氧化硫、氮氧化物、二氧 化碳、一氧化碳
二氧化硫、硫化氢等 颗粒物、粉尘、氧化亚氮等
第二节 大气污染物的汇机制
污染物的去除过程
汇机制：干沉降、湿沉降、化学反应去除、 向平流层输送
干沉降
重力沉降，与植物、建筑物或地面（土壤）相碰撞而 被捕获（被表面吸附或吸收）的过程，统称为干沉降 （dry deposition）
天然源：海洋和热带森林 人为源：农田氮肥使用、工业生产和家畜 以人为源排放导致增加为主
大气中氧化亚氮的全球预算
单位：Tg（N）/a
天然源 源
人为源 汇
来源
海洋 潮湿森林 干燥热带草原
森林 草地 农业 生物质燃烧 工业燃烧 硝酸等工业生产
平流层去除
排放量
1~5 2.3~3.7 0.5~2.0 0.1~2.0 0.5~2.0 1.8~2.3 0.2~1.0 0.4~0.9 0.5~0.9
极易转化形成2NO 和 N O2：
4 2
h 0 v .5u 4 m 1 2
h 1 vu 0 m
h 4 v 2n 0 m 0
化形成的NO2。
（2）生物源产生的氧化亚氮氧化形成NOX：
2
(3)有机体中氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧化形成的NOX：
来源
TAR
Ehhalt （2019）
Holland等 （2019）
排放源
北半球 南半球 全球
范围
来源
海洋排放
11
13
24
13~36
Kettle和 Andreae（2000）
Bates等（1992）
陆地和土壤生物
0.6
0.4
1.0
0.4~5.6
Andreae和
Jaeschke（1992)
COS是唯一能通过扩散进入平流层的含硫物种，维持平流层
中正常硫酸盐气溶胶
H2S
称把统N称O为为、奇NNOx氮O2、y化NO合。3 物、在N（2Oo5d大、dH-Nn气iOt2r、oHg化NenO3、H学coNmO4研p和ou其n究他ds有）中机。硝氮往酸还盐往能
以
NO
3
、NO
2
和
NH
4
的形式存在于气溶胶粒子和降水中。
N2O3、N2O4 、N2O5 、NO3 和 HNO2 在大气中很不稳定，常温下
极快
极快
极快
极快
Penner等 （2019）
Lee等（2019）
年份
2000
~1985
~1985
1992
——
化石燃料
33.0
21.0
20~24
21.0
22.0
飞机
0.7
0.45
0.23~0.6
0.5
0.85
生物质燃烧
7.1
7.5
3~13
5~12
7.9
土壤
5.6
5.5
4~21
4~6
7.0
氨氧化
——
3.0
0.5~3
——
2
(慢)
燃烧温度：燃烧温度越高，形成的NO的数量也越多 空燃比（质量比）：空气质量与燃料质量之比 对于典型的汽油，其化学计量空燃比为14.6。
天然原在某些区域可能成为主要的来源。NOX天然源主要为生物源，包括： （1）由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO以及随后缓慢氧
消除： 大干气、中湿S沉O降2中从的大5气0％中会消转除化。为硫酸或硫酸根，剩余的通过 和SO非2在均大相气成中核易作被用氧，化形形成成硫S酸O气3,而溶后胶与，水同结时合发，生经化过学均反相应 形成硫酸盐。 硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，危害很大
Tg=1×1012g Gg=1×109g Pg=1×1015g
人为源
肉牛
8.7
猪
2.8
马
1.2
羊
2.5
家禽
1.3
肥料
6.4
生物质燃烧
2.0
天然源
合计
30.4
野生动物
2.5
植物
5.1
海洋
7.0
合计
14.6
总计
45
NOx寿命1~4d，颗粒物NO3寿命4~9d
清洁大气和污染大气中一些含氮化合物浓度（体积分数）和寿命
物种
NO NO2 HNO3 NH3 HNO2 N2O NH4+ NO3-
一、氧化亚氮
N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物，主要 来自于天然来源，即由土壤中硝酸盐(NO3-)经细菌的脱 氮作用而产生：
3 2 细 1 2 菌 2
由于在低层大气中N2O非常稳定，是停留时间最长 的氮的氧化物，一般认为其没有明显的污染效应，大 气寿命约120a