环境化学_戴树桂版_第二版_课件_2第二章1节

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
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5、逸散层(Stratopause )
（1） 800km以上高空 （2） 空气稀薄，密度几乎与太空相同 （3） 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
19km，两极8-9km，云雨主要发生层，夏季厚， 冬季薄。
特点:（1）气温随高度升高而降低。
（2）空气密度大。 （3）天气复杂多变。 （4）对流层下部湍流。
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2、平流层(Stratosphere ):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。 （3） 在15-35km的范围内（平流层上层），厚度约 20km的臭氧层。
d
故rd= C g p = 99 .5 .9 8 J m 6 k 1 2 K s 1 g 9.5 9 9 N .8 m 6 2 m 1 K s 1 = k 09 .9g .85 9 k K9 /.8 16 g m 02 m 0 2 m ms 1 K k s 1g （1N=1kg m s-2,1J=1N m）
一、大气垂直分层 二、基本气象要素 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 七、大气化学组分介绍
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一、大气垂直分层:
1962,WMO, 对流层、平流层、中间层、热成层、逸散 层。
) 1 、 对 流 层 (Troposphere : 平 均 厚 度 12km, 赤 道
由（1）和（2）得到：
dp dz
= g
pg R T
=>
dp g dzg1dz
p RT
R T
=>
dp g
p
R
T 1
dz
=>ln p g 1dz p0 R T
=> pp0expR gT1dz
（3）
可见只要知道温度随高度的分布函数形式，就可以推得气压随高度
的变化函数形式。
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3、风
水平方向的空气运动，垂直方向 则称为对流或升降气流。
第二章：大气环境化学
概述： 大气污染的影响可以分为两个方面：
• 第一，对大气性质的影响 ➢ 降低能见度：高浓度气体分子和颗粒物对光的吸收和散
射。 ➢ 形成雾以及降水：城市雾和降水形成概率高于农村。 ➢ 减少太阳辐射：颗粒物本身以及颗粒物形成的凝结核对
太阳辐射的阻碍。 ➢ 改变温度和风的分布，气候变化：污染改变大气组成，
到某一高度时，由于r〉rd，所以气团内 降温（速率为rd）要比气团外降温（速 率为r）幅度小，相同起始温度情况下，
气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。
r<rd稳定
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r>rd不稳定
五、逆温
➢ 一般大气层越稳定，则 越不利于污染物的扩散
➢ 而逆温则使大气的温度 变化逆转，随着高度升高， 温度也升高（r<0），这将会 使大气的状态更为稳定，更 加 明 显 地 不 利 于 污 染 物 的 扩r 散，所以逆温成为大气污染 气象学中的重要研究内容。
一般用风向、风速来表示风的 特征
风 向 一 般 用 16 个 方 位 表 示 ， (E S W N)
风速是单位时间内空气在水平 方向移动的距离（m/s）
一般风速是地面以上10m处风 速仪观测得到的平均值
风玫瑰图（m/s）
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4、云
➢ 大气中水汽凝结的产物 ➢ 一般用云量、云高来确定大气稳定度 ➢ 云高：云层底部距离地面的高度，高云（>5000m） 中云（2500-5000m）低云（<2500m） ➢ 云量：云遮蔽天空的成数。将可见天空分为10份，被 云遮挡了几份，云量就是几。晴空无云，云量为0，乌云 遮天，云量为10.
➢注意其中rd基本为不变常数0.98k/100m，r则可能变化很大。 26
解释：
当r<rd时，气团离开原来位置上升到
某一高度时，由于r<rd，所以气团内降 温（速率为rd）要比气团外降温（速率 为r）幅度大，相同起始温度情况下，
气团内温度会比气团外温度低，所以气
团有回归趋势。
当r〉rd时，气团离开原来位置上升
由于上述，可见大气的垂 直温度递减率越大，则大 气 就 越 不 稳 定 ， r 与 rd 的 关 系可表示为：
超稳定 （逆温）
中性 稳定 不 稳
定
0.00
rd=0.9
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几种常见典型逆温的形成
1、辐射逆温（最常见地面逆温）
➢地面辐射出大量的热量后，温度过度降低。 ➢晴朗无云，无风夜晚，没有云层阻挡，地面辐射丧失大量能量，温度 降低过多，易于形成辐射逆温（地面冷）； ➢若风速在2-3m/s，辐射逆温不易形成，若风速大于6m/s，则可完全 阻止辐射逆温的形成，这是由于风带来气流运动，使外界较暖气团运动 过来后补充了当地地面辐射的热量损失。
12Βιβλιοθήκη 2、气压:初始状态： 地面处高度0： 压强p1=ρgz 高度增加△z, 则高度△z处： 压强p2=ρg(z-△z)
所以，得到：P2-P1=△p=-ρg△z
dp 转化为微分形式则d：z
g
(1)
（ρ密度g/m3，空气=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2）。
另外，气象学上用比气体常数来表示状态方程，其推导过程为：
绝热过程中：
外界加于体系的热量dq=0
体系对外做功dw=pdv(体系膨胀或压缩)
体系内能变化du=nCvdT(体积不变情况下，内能变
化，定容比热Cv)
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所以：pdv=- nCvdT
（4）
又由于pv=nRT,取全微分得到：pdv+vdp=nRdT
由（4）和（5）可得：nRdT—vdp= pdv=- nCvdT
故波长小于290 nm的太阳 辐射不能到达地面，而 800～2000 nm的长波辐射 则几乎都被水分子和二氧化 碳所吸收。因此，只有波长 为300～800 nm的可见光能 透过大气到达地面，约占太
阳光总能量的41%。
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7、地球与大气的能量平衡
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三、气块的绝热过程和干绝热递减率
何为气团？污染气体由污染源排到大气中时，一般不会立即和周围大 气混合均匀，这样污染性气体的理化性质有别于周围大气，可视作一 个气团来进行研究。当然，气团只存在一定的时间，其界面也是相对 的，当与周围大气混合均匀以后，气团的边界消失，气团本身也就不 复存在。
推导过程： rd=-
dT dz
d
因为： dT R （dp干绝热方程）
T Cp p
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干绝热递减率常数的推导
所以rd=-
dT dz
= d
R CpT dpp d1zdR CpT 1 pd dp zd
又因为
dp g dz
所以：rd=
RT Cp
1 p
=g
d
又由于p=ρRT
RT
p
g Cp
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二、基本气象要素
气温、气压、湿度、风、云量
1、气温
• 一般气象中采用的气温是指离地面1.5m高度处百叶箱中观测到的空 气温度。 • 大气预测模型中使用的气温一般也是指该温度。 • 气温在水平方向的差异导致气流水平方向运动的动力，形成风，能 够稀释和迁移污染物 • 气温在垂直方向的差异导致气流的上下强烈对流，有利于形成降水， 能够冲刷污染物。
➢ 光化学反应基础
➢ 自由基反应和来源
➢ 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化
（3）几种代表性的大气环境污染问题
➢ 酸雨，光化学烟雾，
➢ 温室效应，全球变暖
➢ 臭氧层破坏
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第一节、污染物在大气中的迁移
迁移：污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。 原因：空气运动形成风，风的形成主要是由于温度差异引起的。所以大气 中温度的差异是空气运动的动力源。
T1 T
Cp p1 p
lnTT=12 >
R Cp
ln
p2 p1
R
T2 T1
p2 p1
Cp
对于空气R=287 Jmol-1K-1 Cp=996.5 Jmol-1K-1
所以：
T2 T1
p2 p1
0.286
3、干绝热递减率
气团干绝热升高或降低单位距离时，温度降低或升高的数值，称为干绝 热递减率:
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5、太阳辐射
太阳常数：在与光传播方向垂直的平面上单位面积接
受到光的总量，其平均值为1368 W/m2。
太阳和地球的辐射光谱
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6、大气成分对太阳辐射的吸收
• 太阳辐射通过大气层到达地面的过程中，大气 组分如N2、O2、O3、H2O和CO2等能吸收一 定波长的太阳辐射。波长小于290 nm的太阳 辐射被N2、O2、O3分子吸收，并使其解离。
pv=nRT
pv mRT
=>
M
pm RTRT
v M (令 M )
R R M
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pRT
其中R=8.314J．mol-1．K-1,M气体摩尔质量（空气的摩尔体积为 22.4l ． mol-1 ， 空 气 密 度 =1.29g ． l-1, 所 以 M=22.4*1.29=28.869gmol-1）,所以R’=R/M=287 J．kg-1．K-1。
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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。