环境科学导论第2章 大气环境及污染问题 (1)

雾滴的显微照片
2、气体状态污染物
气体状态污染物是指以分子状态存在的 气体污染物，简称气态污染物。气态污染物 很多，主要有5类：
（1）含硫化合物 （2）含碳化合物 （3）含氮化合物 （4）碳氢化合物 （5）卤素化合物 气态污染物还可以分为一次污染物和二
次污染物。
硫氧化合物

二次污染物
一次污染物在大气中相互作用，经化学 反应或光化学反应形成的与一次污染物的物 理、化学性质完全不同的新的大气污染物， 其毒性比一次污染物更强。常见的有：硫酸 及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭 氧等。
主要大气污染物
1、气溶胶状态污染物
在大气污染研究中，气溶胶指悬浮在大
气中的固体粒子和液体粒子，种类组成复杂， 对人体影响较大。其粒径为：0.002~100微米。
13.69-89.87,50.96
参考文献 本文（2010-2011） 吴大鹏（2004-2006） 郭红连（2003-2004） 段菁春（2006） 周家斌（2007） 潘静（2003） 印红玲（2004-2005） 郭清彬（2008） Guo（2003）
祁士华（2002）
福州市大气颗粒物种∑PAHs平均浓度为10.5ng/m3，较北京、上海、广州、 武汉、香港和澳门等城市小，在国内处于较低水平。
H2O
CO
NOX NH3 SO2
停留时间 ~10 73~185 8~10 ~5
~2
（天）
H2S
10~30
第2节 大气污染和污染物
2.1 大气污染（atmospheric pollution） 指由于自然或人为的过程，使得大
气中的一些物质的含量达到有害的程度， 以至影响到生态系统的平衡，严重威胁 着人类健康和经济发展，这种现象称为 大气污染。
可吸入颗粒物上附着的多环芳烃随呼吸 进入体内后对于人类的健康影响巨大。
采样点分布示意图
采样过程
崂应2030型中流量智能采样器
福州市各功能区PM10浓度的季节变化
PM10平均质量浓度（mg/m3）
0.25 0.2
0.15 0.1
0.05 0 工业区
公园
秋 冬 春
住宅区
交通干道
各功能区大气PM10质量浓度均表现：冬季>春季>秋季，平均浓度0.1mg/m3 同一季节，大气中PM10平均质量浓度：工业区>交通干道>住宅区>公园

常见的气溶胶污染物及监测指标
（1）总悬浮颗粒（Total suspended particle TSP）：指悬浮于大气中，粒径小于100微米
的所有固体颗粒物，包括飘尘和降尘。它是
悬浮在大气中的各种粒子的总称，也是大气 污染监测和评价中的一个重要指标。
（ 2 ） 可 吸 入 粒 子 （ Inhale particle IP ） ： 粒 径 ≤15μm的粒子。国际标准化组织ISO (International standard organization ) 将IP定为粒径≤10μm的粒 子。
2.2 大气污染物的来源
（1）天然污染源
排放火山灰、二氧化硫、硫化氢等的活 火山；自然溢出煤气和天然气的煤田和油田； 放出有害气体的腐烂的动植物、森林火灾、 沙尘暴等（天然污染源造成的大气污染，目 前还不能较好地控制）。
（2）人为污染源
燃烧化石能源的发电站等、可向大气释 放出污染物的工业生产过程、使用汽油等的 交通运输工具、农业活动。
含碳化合物
CO和CO2是各种大气污染物中发生量最大 的一类污染物。CO2是大气中的正常组分，但 随着浓度的不断增加，会造成温室效益的加剧。
CO人为污染源：发生在燃料非充分燃烧。 CO天然污染源：
（1）甲烷的转化，生命有机体分解产生的甲 烷经羟基的氧化可形成CO。
（2）海水中CO的挥发 （3）森林火灾
地点 福州 北京 上海 广州 武汉 青岛 厦门 安徽（淮南） 香港 澳门
∑PAHs浓度，均值（ng/m3） 1.03-22.03，10.50 7.29-656.39，119.87 24.30-245.52，87.35 32-154 17.3-85.4，38.25 1.11-3.74，2.29 3.70-32.64，16.08 15.20-111.58，64.36 4.67-38.63，21.65
(1) 大气平流运动显著； (2) 空气稀薄，水气、尘埃少，大气透明度好
3.中间层
平流层顶到80km高度。温度随高度 增加而下降。该层有强烈的垂直对流运 动，又称高空对流层。
4.热层（暖层，电离层）
80km到800 km。温度随高度升高而 迅速上升。
5.逃逸层（逸散层）
该层的特点：
A． 温度随高度升高而递减，大约每上升100米，温 度降低0.6度。
B． 由于近地面空气受地面辐射的影响而增温膨胀 上升，上层冷空气下降，所以在垂直方向上形成强 烈对流；
C． 密度大，占大气总质量的3/4； D． 主要的天气现象均发生在该层。
在对流层中，因受地表的影响不同， 又可分为两层。
人为污染源分类
1）按污染源特性： A 固定源：位置固定，如化工厂； B 流动源：位置不断移动，如汽车。 2）按污染源排放方式： A 点源：集中于一点：如工厂的烟囱源； B 线源：集中在一条线上，如城市交通 主干线 C 面源：低矮成片燃煤居民区，湖泊周 围大量施化肥的农田
对流层顶到约50km的大气层，同样也可分 为2层：
（1）同温层：平流层下层，30-35 km以下，温度 随高度降低变化较小，气温趋于稳定。
（2）臭氧层：在30-35 km以上，温度随高度升高 而升高。这是因为在该范围内，有厚约20公里 的臭氧。臭氧吸收太阳紫外线，使该层温度升 高。
平流层特点：
雾 水滴、冰 饱和 100－102 101－102米 乳白色、 明显 清晰
晶
m
青白色
起伏
肉眼可见
明显
霾 尘、硫酸、 不饱和 10-3－101 1－3公里 黄色、 不明 不清
硝酸、碳 氢化合物
等
m 肉眼不可见
橙灰色 显
晰 内部 均匀
2013年1月环首都圈近地层输送示意图
灰（雾）霾的危害性
能见度恶化 诱发呼吸道疾病 空气质量恶化 太阳辐射减少 传染病多发 阻碍植物光合作用和呼吸 灾害性气候极端事件频发
各功能区PM10中∑PAHs 质量浓度的季节变化
各功能区PM10中∑PAHs浓度：冬季>春季>秋季，平均浓度10.5ng/m3 工业区∑PAHs浓度最高（平均12.6ng/m3），公园最低（平均8.7ng/m3） 机动车尾气和厨房油烟造成了交通干道和住宅区PAHs污染
福州市及中国其他城市大气颗粒 物中PAHs污染水平比较
NOx天然源：生物机体腐烂形成硝酸盐， 经细菌分解产生NO等途径。
碳氢化合物（HC）
大气中的碳氢化物污染物主要指含有C1~C8且可挥 发碳氢化合物。
甲烷 CH4 是大气中含量最大的HC，甲烷本身是一 种无害烃，但因它是一种温室气体，目前倍受关注。
PAHs各组分质量浓度(ng/m3） Nap Acp Flu PA Ant
FL Pyr BaA CHR BbF BkF Bap DBA BghiP IND
PM10中PAHs的组成
2.5 2
1.5 1
0.5 0
PM10中的PAHs组成都以高环为主，4环、5环和6环分别占PAHs总量百 分比的范围分别为26.8%-37.7%、34.7%-40.2%和19.7%-32.5%。
（1）摩擦层或边界层：1-2km以下，受 地表机械、热力作用强烈。排入大气的 污染物绝大部分活动在该层。因此是环 境科学重点研究的气层。
（2）自由大气层：在1-2km以上，受地 表影响变小，主要的天气过程如雨、雪 的形成均出现在此层。
对流层是与人类关系最为密切的大 气气层。
2． 平流层
100
80
60
40
20
10um
0 第一季度 第三季度
东部 西部 北部
From 秦瑜、郑均华、何清
霾的形成
尘卷风 浮尘
扬沙 霾
沙尘暴
人类活动直接排放颗粒物
烟雾
灰霾
人类活动排放气态污染物
气粒
转化生成二次气溶胶
光化学烟
雾
灰霾
霾和雾的区别
天气 成分 水汽 粒子尺
现象
度
厚度
颜色 日 边 变界 化
氮氧化物（NOx ）
氮氧化物种类很多，造成大气污染的主 要是NO和NO2。
气 氧 N性O中 化 更2N参存 速 大O与在度。进光加O入3化快等大学。强气反N氧后O应化可2形的剂缓成毒或慢光性催氧约化化化是学剂成烟N的NO雾O作的2后。用5倍，在下。毒大，
NOx主要人为源：机动车、煤和天然气 的燃烧以及化肥厂和炸药厂。
F3中苊 （Acp）和菲 （Phe）具有较高的贡献率，表示生物质的燃烧。
什么是灰（雾）霾?
将受到人类活动显著影响的霾称为灰（雾）霾 气溶胶细粒子污染在高湿度条件下形成的低能
见度事件
灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染 组成灰霾的细粒子气溶胶中二次气溶胶比例很
大，不同于由土壤、沙尘粒子组成的自然形成 的霾。
热层以上的大气层。由于空气受地 心引力极小，气体及微粒可以从这层飞 出地球重力场而进入太空逸散。
1.2 大气的组成
准永久性 气体
O2 N2 惰性 气体
停留时间 104
（年）
106 107
可变化组 分
CO2
CH4
H2
N2O O3
停留时间 5~15 2.5~8 6~8 >10 0~2
（年）
强可变组 分
PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体 健康产生危害.
PM2.5的危害则更为严重。由于其粒径很小， 可以在大气中长期漂浮，易将其携带的污染物带 到很远的地方，使污染范围扩大，同时在大气中 还可为化学反应提供反应床，因此，近年来，在 大气环境污染研究中倍受关注。
多环芳烃（PAHs）是对人体健康危害 极大的一类污染物。PAHs已证明具有 致癌、致畸和致突变性的特征；美国 EPA 将 16 种 PAHs 类 化 合 物 列 为 优 先 控 制的PAHs。
不同功能区之间PAHs的组成相差不大。
PM10中PAHs的来源
福州大气PM10Biblioteka BaiduPAHs来源于汽油、柴 油、煤和薪柴的燃烧，其中汽油的燃烧 是最主要的来源。。
不同季节PM10中PAHs的来源贡献略有 不同。
不同季节PAHs来源比例组成
春季时，因子F1中4环和5环PAHs有较高的贡献率，表示主要来源于汽油 的燃烧，其比例为76%；因子F2中二苯并[a,h]蒽 （DBA）和茚并[1,2,3-cd] 芘（IND）具有较高的贡献率，表示柴油燃烧为主要来源，占16%；因子
2.3 大气污染物

大气污染物的定义
由于人类活动或自然过程排入大气，
并对人体、生物或环境产生有害影响的
物质。
按其存在状态可概括为两大类： （1）气溶胶状态污染物 （2）气体状态污染物。 按照污染物形成的过程分为： （1）一次污染物、 （2）二次污染物

一次污染物
直接从污染源排放出来的污染物质，如 二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、颗粒物等。
第二章 大气环境污染
第一节 第二节 第三节 第四节
第五节 第六节
大气的结构和组成 大气污染和污染物 大气环境中污染物的化学转化 影响大气污染物扩散的气象条件 和下垫面条件 大气污染物扩散模式 环境标准
第一节 大气的结构和组成
1.1 大气垂直结构
1. 对流层： 大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化,

二氧化硫是主要的硫氧化物，是大气中数量较
大，影响范围较广的一种气态污染物。
二氧化硫污染主要表现在在大气中易被氧化成 三氧化硫，再与水分子结合生成硫酸分子，进而形 成酸雨。
大气中二氧化硫主要来自含硫燃料（主要是含 硫的煤）的燃烧过程，如采暖、发电；冶炼厂和石 油精练厂也排放大量的二氧化硫。
煤的含硫量：0.5-6%，石油的含硫量：0.5-3%， 含硫量低的煤称环保煤。
（3） 飘尘：指大气中粒径小于10μm的固体颗粒物， 能长期漂浮在大气中，可被人吸收，可扩散较远距离， 有时也称浮游粒子或可吸入颗粒物。
（4）降尘：指大气中粒径大于30μm的固体颗粒物， 因重力作用，在短时间内可因自身重力沉降到地面。
可吸入粒子（IP）
PM10（粒径小于10µm的颗粒物） PM2.5（粒径小于2.5µm的细小颗粒物）