《大气环境化学》PPT课件
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• 由于大气的化学成分和物理性质（温度、压力、电离状态等）在 垂直方向上有显著的差异，大气层可以分为若干层次。
根据大气的温度层结、密度层结和运动规 律，大气可分为:
逸散层（lonosphere） 热层（thermsphere）
中间层（mesosphere)
平流层（stratosphere） 对流层(troposphere)
• 平流层（stratosphere） • 从对流层顶到约 50km的大气层为平流层。在平流层下层，即
30~35km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以 又称为同温层。在30~35km以上，温度随高度升高而升高。 • 平流层的特点：（1）空气没有对流运动，平流运动占显著优势。 （2）空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天 气现象，透明度高。（3）在高约15~35km范围内，有厚约20km 的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（UV-B、UVC）的能力，臭氧吸收太阳辐射转化为分子内能，故使平流层的 温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。
• 2. 研究范围：对流层和平流层，<50~55km；上层大气稀薄，影 响小，划归高空大气物理。
• 3. 研究空间尺度：大、中、小尺度，化学反应与输送过程相联系， 全球、区域、局部。
• 4. 主要特点：
– 与光化学密切相关，光辐射 – 异相反应，气体≒粒子 – 化学过程主要是动力学问题，非热力学平衡问题 – 应用微量和痕量分析技术 – 气象学、大气物理相关联
组分 N2 O2 Ar CO2 He CH4 Kr H2
第二章 大气环境化学
(Atmosphere Environmental Chemistry)
Biblioteka Baidu
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：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、 O3、PAN等。
• 总量：5.14×1018kg，主要成分氮、氧、氩三者之和为99.96%， 加上二氧化碳为99.995%。次要成分主要是惰性气体，还有微量的 有毒气体（NO、NO2、CO、O3、SO2、H2S）。这些有毒气体的 天然本底值一般小于ppm数量级，一旦遭到人为活动破坏，将对人 类和生物圈造成灾难性的生态后果。
迅速增加。据卫星观测。在300km以上，气温达到1000°C以上。 在热成层大气分子比中间层更加稀薄，受到宇宙射线和阳光紫外线 的作用下，大部分空气分子都电离成离子和自由电子，所以此层又 称为电离层。由于电离层能够反射无线电波，人类可以利用它进行 远距离无线电通讯。内层温度很高，昼夜变化很大。热层下部有少 量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。
• 1962年WHO正式通过下述分层系统，即根据大气温度随高度垂直变 化的特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。
• 对流层（troposphere） • 对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近
为16~18km，在中纬度地区为10~12km，两极附近为8~9km。夏季 较厚，冬季较薄。
• 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。
• 对流层的特点是：（1）气温随高度升高而降低，大约每上升100m， 温度降0.6℃。（2）空气密度大。对流层平均厚度为10~12km，仅 是大气层厚度的1%，但是大气总质量的3/4以上和几乎所有水汽集中 在此层。（3）天气现象复杂多变。
• 在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1~2km以下， 受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，也称为低 层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在这一层。在1~2km以上， 受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的 形成均出现在此层。
• 海平面干洁空气组成 • 在90km以下的大气层中，空气密度随高度的增加而减小，但是大
气中主要成分的组成比例几乎是不变的，因此这层大气称为均匀层。 干洁大气指“干燥洁净的空气”，可用近海平面洁净的大气组分的 含量来表示，也可称为大气组成的“本底值” ，干洁大气的平均 分子量接近一常数。除去水蒸气和杂质外，这层“干洁大气”的组 成如下表：
• 中间层 • 从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为稀薄，无水
分，温度随高度增加而降低。在中间层顶，气温达到极低值（约 -100°C）。在约60km的高空，受到阳光照射的大气分子开始电 离，所以在60~80km之间是均质层转向非均质层的过渡层。
• 热（成）层 • 从80km到约500km称为热层或电离层。这一层温度随高度增加而
• 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。
• 逸散层
• 热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线 的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原 子的含量。逃逸层空气极为稀薄，密度几乎与太空密度相同，故又 常称为外大气层。由于该层的空气受地心引力极小，气体及微粒可 从这层飞出地球重力场进入太空。逃逸层是地球大气的最外层，该 层的上界在哪里还没有统一。实际上地球大气与星际空间并没有截 然的界限。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。
根据大气的温度层结、密度层结和运动规 律，大气可分为:
逸散层（lonosphere） 热层（thermsphere）
中间层（mesosphere)
平流层（stratosphere） 对流层(troposphere)
• 平流层（stratosphere） • 从对流层顶到约 50km的大气层为平流层。在平流层下层，即
30~35km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以 又称为同温层。在30~35km以上，温度随高度升高而升高。 • 平流层的特点：（1）空气没有对流运动，平流运动占显著优势。 （2）空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天 气现象，透明度高。（3）在高约15~35km范围内，有厚约20km 的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（UV-B、UVC）的能力，臭氧吸收太阳辐射转化为分子内能，故使平流层的 温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。
• 2. 研究范围：对流层和平流层，<50~55km；上层大气稀薄，影 响小，划归高空大气物理。
• 3. 研究空间尺度：大、中、小尺度，化学反应与输送过程相联系， 全球、区域、局部。
• 4. 主要特点：
– 与光化学密切相关，光辐射 – 异相反应，气体≒粒子 – 化学过程主要是动力学问题，非热力学平衡问题 – 应用微量和痕量分析技术 – 气象学、大气物理相关联
组分 N2 O2 Ar CO2 He CH4 Kr H2
第二章 大气环境化学
(Atmosphere Environmental Chemistry)
Biblioteka Baidu
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：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、 O3、PAN等。
• 总量：5.14×1018kg，主要成分氮、氧、氩三者之和为99.96%， 加上二氧化碳为99.995%。次要成分主要是惰性气体，还有微量的 有毒气体（NO、NO2、CO、O3、SO2、H2S）。这些有毒气体的 天然本底值一般小于ppm数量级，一旦遭到人为活动破坏，将对人 类和生物圈造成灾难性的生态后果。
迅速增加。据卫星观测。在300km以上，气温达到1000°C以上。 在热成层大气分子比中间层更加稀薄，受到宇宙射线和阳光紫外线 的作用下，大部分空气分子都电离成离子和自由电子，所以此层又 称为电离层。由于电离层能够反射无线电波，人类可以利用它进行 远距离无线电通讯。内层温度很高，昼夜变化很大。热层下部有少 量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。
• 1962年WHO正式通过下述分层系统，即根据大气温度随高度垂直变 化的特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。
• 对流层（troposphere） • 对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近
为16~18km，在中纬度地区为10~12km，两极附近为8~9km。夏季 较厚，冬季较薄。
• 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。
• 对流层的特点是：（1）气温随高度升高而降低，大约每上升100m， 温度降0.6℃。（2）空气密度大。对流层平均厚度为10~12km，仅 是大气层厚度的1%，但是大气总质量的3/4以上和几乎所有水汽集中 在此层。（3）天气现象复杂多变。
• 在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1~2km以下， 受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，也称为低 层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在这一层。在1~2km以上， 受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的 形成均出现在此层。
• 海平面干洁空气组成 • 在90km以下的大气层中，空气密度随高度的增加而减小，但是大
气中主要成分的组成比例几乎是不变的，因此这层大气称为均匀层。 干洁大气指“干燥洁净的空气”，可用近海平面洁净的大气组分的 含量来表示，也可称为大气组成的“本底值” ，干洁大气的平均 分子量接近一常数。除去水蒸气和杂质外，这层“干洁大气”的组 成如下表：
• 中间层 • 从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为稀薄，无水
分，温度随高度增加而降低。在中间层顶，气温达到极低值（约 -100°C）。在约60km的高空，受到阳光照射的大气分子开始电 离，所以在60~80km之间是均质层转向非均质层的过渡层。
• 热（成）层 • 从80km到约500km称为热层或电离层。这一层温度随高度增加而
• 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。
• 逸散层
• 热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线 的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原 子的含量。逃逸层空气极为稀薄，密度几乎与太空密度相同，故又 常称为外大气层。由于该层的空气受地心引力极小，气体及微粒可 从这层飞出地球重力场进入太空。逃逸层是地球大气的最外层，该 层的上界在哪里还没有统一。实际上地球大气与星际空间并没有截 然的界限。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。