大气环境化学

• 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。
2、气压:大气的压强，一般标准状态下，大气压强
p=1.01×105pa 。p=ρgh=ρgz,由于大气密度随高度增加而减小， 所以压强也逐渐减小。
初始状态：
高度增加△z,
地面处高度0：
则高度△z处：
压强p1=ρgz
压强p2=ρg(z-△z)
（ 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。
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。 一般用风向、风速来表示风 的特征（矢量，既有大小又有方 向） 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
一、大气垂直分层:1962年WMO根据大气的化学成
分和物理性质在垂直方向的差异，分为五层：对流层、 平流层、中间层、热成层、逸散层。
1、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。
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。
理想飞行场所。
（3） 在15-35km的范围内（平流层上层），有一层 厚度约20km的臭氧层，能够吸收太阳短紫外线，使平流 层上部温度增高，同时也成为地球生命的保护伞。
3、中间层
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℃）中间 层种上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（4）对流层下部1-2km受地面摩擦的影响，具有边界层的性 质，其内空气运动呈现湍流形式。由于对流而较好地混合的边界层下 部称为混合层。
2、平流层:
对流层顶到约50km的地方，为大气圈平
流层。平流层基上温度随高度增加而升高。
பைடு நூலகம்
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，10-20km范围是超音速飞机的
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
第二章：大气环境化学(鱼水-人空气)
当前三大全球环境话题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内
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 （3）几种代表性的大气环境污染问题 Ø 酸雨 Ø 温室效应 Ø 臭氧层损耗
所以，得到：P2-P1=△p=-ρg△z
dp g 转化为微分形式则： dz
(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：pv=nRT => pv M => => p RT
mRT
m RT RT p v M M
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。
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
云遮天，云量为10.
三、气块的绝热过程和干绝热递减率
1、气团运动的绝热过程
Ø 空气在移动中总是从高压区移动到低压区，移动中空气膨胀导 致降温，压缩导致升温。
Ø 当气团在水平方向运动或停留在某地时，气团内外压力变化很
小，但是受附近地表的增热和冷却影响较大，即气团温度的改变 主要靠热传递过程，是非绝热过程。 Ø 当气团作垂直升降运动时，虽然也和外界进行热交换，但是空 气的导热系数较小，垂直方向各层经历的时间短，而气团在垂直 方向的气压变化却比较大，因而气团温度的变化主要由气团的膨
(令 R
R M
)
(2)
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=28.869gmol1）,所以R’=R/M=287 J．kg-1．K-1。 由（1）和（2）得到：
二、基本气象要素
对污染物扩散有重要作用的气象要素是：气温、气压、湿度、 风、云量等。
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
风速玫瑰图（m/s）
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（>5 000m）
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
胀和压缩做功引起，直接热交换量甚小，即近似可视为绝热过程。
温度垂直递减率，干绝热递减率
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）。
dp pg g = R T dz
=>
dp g g 1 dz dz p R T R T
dp g p R
=> => ln

=> p p0 exp
p g 1 dz p0 R T
1 dz T
g 1 dz R T