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1、2022/12/9,第四章 大气环境,2022/12/9,大气组成与结构大气污染（源、物、迁移转化规律）几种典型的大气污染大气污染物的扩散 大气污染的危害大气污染控制思考与讨论,本章内容导读,2022/12/9,一、气的成分三、大气的分层四.大气边界层,第一节 大气概述,2022/12/9,二 、大气的成分,1、N2、O2等气体,3、冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）,2、水滴（如云滴、雾滴）,没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气,2022/12/9,干洁大气的成分,成云致雨的必要条件,主要成分,次要成分,水 汽,固体杂质,生物体的基本成分,维持生物活动的必要物质,植物光合作用的原料；对地面保温,吸
2、收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害,成云致雨的必要条件；对地面保温,干洁空气,O3,N2,O2,CO2,2022/12/9,大气中的恒定组分系指大气中含有的N2、O2、Ar2，以及微量的氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体。从地面向上大约到85km的大气层中，这些气体组分的含量几乎可以认为是不变的,2022/12/9,大气可变组分,二氧化碳,城区农村冬季夏季夜间白天阴天晴天,水汽,夏季冬季低纬地区高纬地区,与排放量和植物光合作用有关,与蒸发量有关,固体杂质,陆海城乡冬夏,与排放量和空气稳定与否有关,2022/12/9,大气中不定组分-主要是尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、碳氧化物及恶臭气体等其的
3、来源有二：一是由自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等灾难所引起的。二是由人类社会的生活消费、交通、工农业生产排放的废气。,2022/12/9,二氧化碳：来源：呼吸作用，有机体的燃烧与分解。现状：在大气中的含量有增加的趋势。影响：强烈吸收地面的长波辐射， 引起温室效应的加剧。,臭氧：来源：高空通过光化作用，低空通过闪电 或有机物氧化及高空传输。作用：能大量吸收太阳紫外线，使地面生 物免受过量紫外线的灼伤。分布：自然大气中含量很少。随高度分布 不均匀，也随纬度和时间而异。,水汽：来源：海洋和地面蒸发与植物蒸腾。分布：随时间、地点变化很大。在铅直 方向，一般随高度增加而减少。影响：形成云、雾、雨
4、、雪等大气现象。 对生物的生长和发育有重要影响。,微粒：种类：固体微粒与液体微粒。影响：影响太阳辐射传输，使能见度 变低，有的能起凝结核的作用。,2022/12/9,高度（km）,三、大气的分层,每升高100m降低0.65,N2,O2,Ar,CO2,Ne,He,Kr,H2,Xe,O3,越往上氧、氦等气体的原子态越多,紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解,2022/12/9,对流层,平流层,上冷下热高空对流,高层大气,2022/12/9,2022/12/9,大气边界层：在对流层下部靠近下垫面的1.2-1.5公里范围内的薄层大气。由于贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层。,
5、大气边界层的主要特征：湍流运动、风、温度的垂直分布,2022/12/9,湍流运动湍流是一种具有强烈涡旋性的不规则运动 边界层大气运动的高度湍流性对污染物的扩散稀释起着重要作用。,风：近地层风速日变化的一般型式为：白天风速大、夜间风速小；最大值出现14时左右，最小值出现在清晨日出前。 在某一高度以上，正与地面情况相反，风速最大值出现在夜间（20点左右），而中午前后风速却变成最小值。海上最大平均风速发生在夜间，最小则在白天。,温度的垂直分布边界层中温度随高度的分布受下垫面影响极大 白天，气温随高度的增加而降低，这种递减型分布以晴天中午最为典型。 夜间，形成了气温随高度的递增型分布 日出后，形成下层
6、递减上层递增的早晨转变型日落前后，形成下层递增上层递减的傍晚转变型,2022/12/9,第二节 大气污染,一、大气污染源,二、大气污染物,三、大气中几种主要气态污染物的来源、 迁移转化规律,2022/12/9,大气污染 是指人类生产、生活活动或自然界向大气排出各种污染物，其含量超过环境承载能力，使大气质量发生恶化，使人们的工作、生活、健康、设备财产以及生态环境等遭受恶劣影响和破坏。,2022/12/9,一、大气污染源,污染源,天然源：自然界自行向大气环境排放污染物的污染源。,人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。,火山,雷电造成的森林大火,2022/12/9,（一）天然污染源 火山喷
7、发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物.森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。自然尘：风沙、尘土等。森林植物释放：主要为烯烃类化合物海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。,Volcanoes,2022/12/9,（二）人为污染源,1.燃料燃烧： 2.工业生产过程排放： 3.交通运输过程中排放：4.农业活动排放：,2022/12/9,（三）人为污染源的其他类型,1、按照污染源性状特点可分为：固定式污染源和移动式污染源（绘制污染源分析图） 2、按照排放污染物的空间分布方式，可分为：点污染源 、线污染源和面污染源（大气扩散计算 ）3、根据污染物排放的时间分：连
8、续源、间断源、瞬间源（分析污染物排放的时间规律）,2022/12/9,二、大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气， 并对人和环境产生有害影响的物质。,按来源，分为一次污染物和二次污染物,直接由污染源排放的污染物,进入大气的一次污染物之间或与正常大气组分发生反应，以及在太阳辐射下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。,2022/12/9,按存在状态，分为颗粒物和气态污染物,常表示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘。,主要有一次污染物：SO2、H2S 、NO、NH3 、CO、CO2 、HF、HCl 、C1C12化合物 。二次污染物：SO3、H2SO4、
9、MSO4 、NO2、MNO3 、醛类、酮类、酸类。,用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量。其粒径绝大多数在100m以下，其中多数在10m以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。,飘尘指可在大气中长期飘浮的悬浮物，分为PM10（粒径10m）和PM2.5（粒径2.5m）。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。,降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直径大于30m，由于其自身的重力作用会很快沉降下来。单位面积的降尘量可作为评价大气污染物程度的指标之一。,2022/12/9,若按气溶胶的来源和物理性质分，可分为粉尘(dust)：指悬浮于气
10、体介质中的小固体粒子，能因 重力作用发生沉降。粒子尺寸一般为1200m左右。 烟(fume)：烟一般指由冶金过程中形成的固体粒子的气 溶胶，烟的粒子尺寸很小，一般为0.011m左右飞灰(fly ash)：飞灰是指燃料燃烧产生的烟气飞出的 分散较细的灰分。黑烟(smoke)：黑烟一般指由燃料产生的能见气溶胶。雾（fog)：雾是气体中液滴悬浮体的总称。,2022/12/9,三、大气中几种主要气态污染物的来源、迁移转化规律,1、硫氧化合物硫氧化物 (SOx) 主要指 SO2和 SO3SO2是一种无色、具有刺激性气味的不可燃气体，是一种分布广、危害大的主要大气污染物。SO2和飘尘具有协同效应，两者结合
11、起来对人体危害更大。空气质量标准中采用“SO2浓度(mg/Nm3)与微粒浓度(g/Nm3)的乘积”标准。,2022/12/9,Major source of sulfur dioxide is from the burning of coal in power plants.,1）来源：大气中SO2主要来源于含硫燃料的燃烧过程。,2022/12/9,2）迁移转化规律,单体硫燃烧：S+O2SO2硫铁矿燃烧：4FeS211O2 2Fe2O38SO2有机硫包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程中先形成H2S，如硫醇的燃烧产物：CH3CH2CH2CH2SH H2S2H22CC2H4生成的H2S再被氧化为SO2：
12、2H2S3O2 2H2O2SO2燃料中的硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应，燃烧后多残存于灰中，此种硫化物为非可燃性硫化物。SO2+O2SO3 SO3+ H2OH2SO4,2022/12/9,2、氮的氧化物,氮氧化物 (NOx) 是NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等氮氧化物的总称。造成大气污染的NOx主要是指NO和NO2。大气中NOx的人为源主要是燃料的燃烧。燃料燃烧生成的NOx可分为以下两种：(1) 燃料型NOx：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成NOx。(2) 温度型NOx：燃烧时空气中的N2在高温(2100)下氧化生成NOx。,next,2022/12/9,氮氧化物主要来源于化
13、石燃料的燃烧，汽车尾气、工厂废气的排放，其中，汽车尾气是城市大气中氮氧化物的主要来源之一。,2022/12/9,燃烧过程中，NOx形成的机理为链反应机制：ON2 NON （极快）NO2 NOO （极快）N OH NOH （极快）NO1/2 O2 NO2 （慢）即燃烧过程产生的高温使氧分子热裂解为原子，氧原子和空气中氮分子反应生成NO和氮原子，氮原子又和氧分子反应生成NO和氧原子。此外，氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO和氢原子。燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。,2022/12/9,*所谓“空燃比”是指空气的质量除以燃料的质量。当燃烧完全时，即无过量的O2时，空气与燃料的
14、混合物就称为化学计量混合物，此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比。假若空气与燃料的混合物中空气的量少于化学计量的量，那么此燃料混合物称为“富燃料”；而空气的量过量时，称为“贫燃料”。空燃比低时，尾气中HC、CO含量高，而NO含量低；空燃比逐渐增高，NO含量增加。,2022/12/9,燃烧温度和NO生成量,由图表可以看出 ,生成 NO 的平衡浓度随着温度和氧气浓度的升高而增高。 因此，为了减少燃烧生成的热 NO, 应尽可能降低燃烧温度和燃烧时气体中的氧气浓度（降低过剩空气系数 ), 并缩短在高温区的停滞时间。,2022/12/9,3、碳氧化物：CO和CO2,（1）一氧化碳C + 1/2 0
15、2 CO C + C02 2CO 烷烃 OH自由基氧化形成的CO 海水中CO的释放 萜烯类物质在大气中被自由基氧化生成CO 植物叶绿素光分解产生的 CO汽车尾气排放的 CO 主要是由含碳物质不完全燃烧产生的，天然源较少。 （）二氧化碳(CO2)来自矿物燃料的燃烧过程,2022/12/9,*API（Air Pollution Index）空气污染指数,空气质量公报就是根据国家环境空气质量标准中规定的几种常见污染物例行监测的结果，评价城市的空气质量，并以空气污染指数的表征形式来向公众发布。API是一种反映和评价空气质量的方法，就是将常规监测的几种空气污染物的浓度简化成为单一的概念性数值形式、并分级
16、表征空气质量状况与空气污染的程度，其结果简明直观，使用方便，适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势.空气污染指数的确定原则：空气质量的好坏取决于各种污染物中危害最大的污染物的污染程度。空气污染指数是根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度限值。,2022/12/9,空气污染指数对应的污染物浓度限值,2022/12/9,空气污染指数范围及相应的空气质量类别,2022/12/9,第三节 几种典型的大气污染,一、大气污染类型二、光化学烟雾三、酸沉降与酸雨,2022/12/9,一、大气污染类型,（一）根据污染物的性质划分 1、还原型（煤炭型）
17、2、氧化型（汽车尾气型）,2022/12/9,1、还原型（煤炭型）常发生在以使用煤炭和石油为燃料的地区。主要污染物是SO2、CO和颗粒物，在低温、高湿度的阴天、风速很小，并伴有逆温存在的情况下，一次性污染物在低空聚积，生成还原性烟雾（伦敦烟雾型）。2、氧化型（汽车尾气型）大多发生在以使用石油为燃料的地区。污染物的主要来源是汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。主要的一次性污染物是一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物。这些大气污染物在阳光照射下能引起光化学反应，并生成二次性污染物臭氧、醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯等物质。如洛杉矶的光化学烟雾就属这种类型。,next,2022/12/9,（一）煤烟型污染主要
18、污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。,伦敦烟雾事件,2022/12/9,（二）交通型污染污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。,洛杉矶光化学烟雾,2022/12/9,还原型与氧化型烟雾的比较,2022/12/9,二、光化学烟雾(photochemical smog),1、什么是光化学烟雾大气
19、中的氮氧化物(NO )和碳氢化合物(HC) 等一次污染物在阳光照射下发生一系列光化学反应，生成03、PAN，高活性自由基、醛、酮等二次污染物，把参与反应过程的这些一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾.Photochemical smog is a mixture of pollutants including ozone, aldehydes, and peroxyacetyl nitrates resulting from the interaction of nitrogen dioxide and volatile organic compo
20、unds with sunlight in a warm environment .,2022/12/9,2、光化学烟雾形成的化学特征,(1) NO2光解为NO；(2)碳氢化合物被氧化消耗；(3)臭氧(03)、PAN过氧乙酰硝酸酯和醛类等氧化剂的生成。,2022/12/9,3、光化学烟雾的形成机理 Form of photochemical smog,(1)NO2的光解是光化学烟雾形成的主要起始反应(提供自由基引发链式反应),Photolysis of NO2 is the first step NO2 Sunlight NO + O O + O2O3 Without hydrocarbon，
21、 O3+ NO O2 + NO2,2022/12/9,(2)HC、CO被OH、0、03等氧化，产生醛、酮、醇、酸等产物及重要的中间产物R02 （过氧烷基）、HO2 （过氧自由基）、RCO（酰基）等自由基。,With hydrocarbon HC can be oxides by HO、O and O3, resulting the production of very reactive organic free radicals. HC + O2RO2 HC + O3RO2 HC + OHR02,2022/12/9,(3)过氧自由基引起NO向NO2转化并导致03和PAN等氧化剂的生成，自由基的
22、传递形成稳定的最终产物，使自由基消除而终止反应RO2+NO NO2 +RO由于上述反应使NO快速氧化成NO2，从而加速NO2的光解，使二次污染物03不断积累，故大气中03浓度大为增加RO2+NO2 PAN总的化学反应可描述为：碳氢化合物+CO+NOx+阳光+O2O3+NO2+CO2+H20+PAN、醛、酮等,2022/12/9,4、光化学烟雾的形成条件,一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，高峰出现在中午或刚过中午，夜间消失1）污染源条件工业废气、汽车尾气大量排放氮氧化物和碳氢化合物等。2）气象条件a.强烈光照NO2 的光解需290420nm 的光，因此，夏季比冬季可能性大，一天中正午前后光线最强
23、时出现“烟雾” 的可能性大。b.低风速、低湿度、逆温天气3）地理条件在北纬60南纬60之间的一些大城市，都可能发生光化学烟雾。,next,2022/12/9,2022/12/9,5、光化学烟雾的主要危害,1）损害人和动物的健康臭氧是一种强氧化剂，在0.1ppm浓度时就具有特殊的臭味。并可达到呼吸系统的深层，刺激下呼吸道黏膜，引起化学变化，其作用相当于放射线，使染色体异常，使红血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等产物对人和动物的眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用，其刺激域约为0.1ppm。此外光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作，能引起慢性呼吸系统疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状，长期吸入氧化剂能降低
24、人体细胞的新陈代谢，加速人的衰老。PAN 还是造成皮肤癌的可能试剂。,next,2022/12/9,烟雾中03浓度与相应的烟雾效应汇总,2022/12/9,八十年代美国曼哈顿被光化学烟雾笼罩,导致出现大量的眼睛红肿病人和喉炎病人.,1971年,日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件,使一些学生中毒昏倒。,2022/12/9,2）影响植物生长臭氧影响植物细胞的渗透性，可导致高产作物的高产性能消失，甚至使植物丧失遗传能力。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。3）影响
25、材料质量4）降低能见度,返回,2022/12/9,问题和任务：,一、汽车尾气的主要危害成分有哪些？它们对人体的危害程度如何？二、你知道汽车尾气给世界各大城市环境带来的影响？请查阅相关资源学习领会，进行归纳整理。1、通过上网调查汽车尾气排放现在的国家标准，国际标准？ 思考为何两者有一定差异？（从能源、国家现状、人文意识等角度进行评价） 2、通过上网调查汽车尾气是怎样对环境产生影响的？3、对于汽车尾气产生的污染我们的行动和建议？,返回,2022/12/9,三、酸沉降与酸雨,acid deposition & acid rain,2022/12/9,酸雨的发现,1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市
26、雨水成份，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作空气和降雨：化学气候学的开端中提出“酸雨”一专有名词。,2022/12/9,H值小于5.6的雨叫酸雨；,（一）什么是酸雨?,酸沉降,湿沉降酸雨,干沉降,酸沉降指大气中的酸性物质（主要是H2SO4、HNO3及其前体物SOx、NOx等）通过降水（包括雨、雪、霜、雹、雾、露等形式）或在气流作用下直接迁移到地表造成污染的现象。前者称为湿沉降（酸雨），后者称为干沉降。,2022/12/9,（二）酸雨的組成,一般酸雨化学组成中，较重要包括 H+、Cl-、NO3-
27、、SO24-、NH4+、K+、Na+、Ca2+及 Mg2+ 等九种。其来源包括自然來源及人为来源， SO24- 及NO3- 为主要的致酸物质，乃硫氧化物与氮氧化物转化而来。在人为污染排放方面，前者则与化石燃料使用、火力电厂、含硫有机物燃烧有关；后者主要源自工厂高温燃烧过程，交通工具排放等因素 。,2022/12/9,2022/12/9,（三）酸雨的成因,含硫化学燃料燃烧生成的大量硫氧化物进入大气后，可以通过一系列反应生成硫酸：2SO2+02=2SO3SO3+H20=H2SO4SO2+H20=H2SO32H2SO3+02=2H2SO4汽车尾气中的大量氮氧化物进入大气中，可以通过一系列反应生成硝酸
28、：2NO+O2=2NO22NO2+H20=HNO3+HNO24NO2+2H20+ O2=4HNO3硫酸、硝酸与大气中的水蒸气结合，以烟尘等气溶胶颗粒为凝集核聚凝为雨滴并下落，就形成了酸雨。,2022/12/9,酸湖形成，鱼虾难存 食物减少，鱼虾更难存湖泊变死湖土壤酸化，作物减产土壤酸化，影响营养酸雨危害动植物酸雨一下，死物也死万物之灵，也受影响,(四)酸雨的危害,2022/12/9,In Conclusion-Acid rain,contains high levels of sulfuric or nitric acids contaminate drinking water and veg
29、etation damage aquatic life erode buildings Alters the chemical equilibrium of some soils,2022/12/9,阅读,1、什么是酸雨率? 一年之内可降若干次雨, 有的是酸雨, 有的不是酸雨, 因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。其最低值为0%; 最高值为100%。如果有降雪, 当以降雨视之。 有时, 一个降雨过程可能持续几天, 所以酸雨率应以一个降水全过程为单位, 即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。 除了年均降水pH值之外, 酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的
30、又一重要指标。,2022/12/9,2、什么是酸雨区某地收集到酸雨样品, 还不能算是酸雨区, 因为一年可有数十场雨, 某场雨可能是酸雨, 某场雨可能不是酸雨, 所以要看年均值。目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中, 但一般认为: 年均降水pH值高于5.65, 酸雨率是0-20% , 为非酸雨区; pH值在5.30-5.60之间, 酸雨率是10-40% , 为轻酸雨区; pH值在5.00-5.30之间, 酸雨率是30-60%, 为中度酸雨区; pH值在4.70-5.00之间, 酸雨率是50-80%, 为较重酸雨区; pH值小于4.70, 酸雨率是70-100%, 为重酸雨区。这就是所谓的五级
31、标准。,2022/12/9,世界上已形成了三大酸雨区，一是以德、法、英等国家为中心，涉及大半个欧洲的北欧酸雨区。二是50年代后期形成的包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区的总面积已达1000多万平方千米，降水的pH小于5.0，有的甚至小于4.0。我国在70年代中期开始形成的覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积为200万平方千米的酸雨区是世界第三大酸雨区。,2022/12/9,3、近二十年监测结果表明:中国大陆有相对稳定的一大块酸雨区域，在长江以南；及两小块酸雨区域，在胶东半岛和图们江地区，一方面是由于附近较大城市(青岛、长春、吉林)，有酸
32、性物质强排放源，另一方面它们濒临海洋，海洋性潮湿气候提供了产生酸雨的温床。我国最强的酸雨区上世纪八十年代是在重庆、贵阳和柳州地区，上世纪九十年代东移到了长沙，南昌和杭州，可能与这些地区的经济近期快速发展有关。安徽省的长江以南是酸雨区，江北是非酸雨区。江苏省也有类似的分布。长江成了目前我国酸雨与非酸雨区的大致的，模糊的分界线。台湾酸雨区主要在其西北部沿海地区；特别是北端的基隆地区，有强污染源。甘肃省的东南部受四川盆地吹来的酸性雨云的影响，年降水平均pH值为5.44，属于酸雨区；而干旱的祁连山西部张掖、酒泉、嘉峪关，年降水平均pH值达到7.57，属于碱雨区，其碱性来自于附近沙漠吹来的碱性颗粒。陕西
33、省的南部商州、略阳等地，四川盆地高空吹来的也已酸化了的雨云，造成当地酸雨率近年来达到40，为酸雨区。过了秦岭，关中地区渭南、铜川和西安等地，酸雨率10左右；陕北榆林、延安等地酸雨率为零，特别是历史名城榆林地处沙漠边缘，为碱雨区。,2022/12/9,4、我国“双控区” 酸雨控制区和二氧化硫污染控制区我国酸雨控制区一般将pH值小于5.60的降水叫酸雨, 将年均降水pH值小于5.60的地区叫酸雨地区。目前, 我国年均降水pH值低于5.60的地区已达全国面积40%左右。酸雨是区域问题；大部份地区的酸雨仅仅是少部分城市排放的酸性物质经大气长程传送形成的, 只要消灭了少数城市的污染源, 大面积酸雨现象自
34、然会消失。所以, 酸雨控制区应不同于酸雨地区, 要比酸雨地区小得多。当降水pH值低于4.60时, 将会对森林, 农作物和材料产生损害, 西方发达国家多将降水pH值低于4.60作为受控对象的标准。而降水pH值低于4.60的地区要比降水pH值低于5.60的地区小得多。除了这一标准而外, 还要考虑生态系统对酸雨的承受能力问题。不同地区的土壤和植被等生态系统对硫沉降的承受能力不同, 硫沉降负荷反映了该承受能力之大小, 当实际硫沉降超过硫沉降负荷的区域就应予以控制。此外, 酸雨控制区应包括酸雨污染最严重地区及其周边二氧化硫排放最大区域。依此标准, 我国酸雨控制地区的面积约为80万平方公里, 占国土面积8
35、.40%。它主要包括上海市, 重庆市和浙江, 安徽, 福建, 江西,湖北, 湖南, 广东, 广西, 四川, 贵州, 云南等省的部分城市地区。,2022/12/9,我国二氧化硫控制区二氧化硫年平均浓度的二级标准是0.06毫克/立方米, 在此浓度之下, 人群在环境中长期暴露将不受危害；二氧化硫日平均浓度三级标准是0.25毫克/立方米, 在此浓度之下, 人群在环境中短期暴露不受急性建康损害。 二氧化硫污染主要来自燃煤, 集中在城市, 应以城市, 特别是大城市为控制单元。 依此标准,我国二氧化硫污染控制区面积为29万平方公里, 占国土面积3%。主要包括北京市，天津市及河北，山西，内蒙，辽宁，吉林, 江
36、苏, 河南, 陕西, 甘肃, 宁夏, 新疆等省的部分城市。,返回,2022/12/9,第四节 大气污染物的扩散 Factors affecting Air Pollution,一、气象条件二、地形因素,2022/12/9,一个地区的大气污染程度与下列因素有关：（1）源参数污染源排放污染物的数量、组成、排放方式、排放源的密集程度及位置等。（2）气象条件在这许多变化过程中，气象条件将决定大气对污染物的稀释扩散速率和迁移转化的途径。,一个地区的大气污染程度与下列因素有关：3）下垫面状况下垫面是指大气底层接触面的性质、地形及建筑物的构成情况。,返回,2022/12/9,一、大气污染物的扩散与气象因子的
37、关系（Meteorological Condition),（一）风与湍流 Motivity（动力因子）,第一个作用是整体的输送作用。风向决定了污染物迁移运动的方向 。第二个作用是对污染物的冲淡稀释作用，对污染物的稀释程度主要取决于风速,1 Wind a . Wind Direction 用16方位表示,2022/12/9,b. Wind Speed,风速的大小不仅决定着污染物的扩散和稀释的速度，还影响着污染物输送的距离。最大的污染潜势经常出现在风力微弱的时候。,通常采用风向频率和污染系数来表示风向和风速对空气污染物扩散的影响：,指单位间时内空气在水平方向移的动距离。,常用风力等级（13级）表示
38、风速大小。,2022/12/9,风向频率，指某方向的风占全年各风向总和的百分率。污染系数，表示风向、风速联合作用对空气污染物扩散的影响。计算式：污染系数=风向频率/该风向的平均风速,2022/12/9,2大气湍流overfall:,a.大气的湍流是指大气以不同的尺度作无规则运动的流体状态。这种无规则阵发性搅动的气流称为大气湍流。b.湍流对大气污染物扩散、稀释起着决定性的作用。 C.大气的湍流运动造成湍流场中各部分之间的强烈混合。当污染物由污染源排入大气中时，高浓度部分污染物由于湍流混合，不断被清洁空气渗入，同时又无规则地分散到其他方向去，使污染物不断地被稀释、冲淡。,2022/12/9,无湍流
39、时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小56个数量级；,2022/12/9,烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动。,2022/12/9,烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动。,2022/12/9,烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。,2022/12/9,a 是当烟团处于比
40、它尺度小的大气湍流中的扩散状态,d.大气湍流作用污染物扩散的三种状态：,2022/12/9,b 是烟团处于比它尺度大的大气揣流作用下的扩散状态,2022/12/9,c 表示在实际大气中同时存在着不同尺度的涡团时的烟云状态,2022/12/9,结论：风和湍流是决定污染物在大气中扩散状况的最直接的因子，也是最本质的因子，是决定污染物扩散快慢的决定性因素。风速愈大，湍流愈强，污染物扩散稀释的速率就愈快。因此凡是有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散，否则，将会使污染加重。,2022/12/9,（二）大气温度层结和逆温,大气温度层结Lapse ratea.通常把大气温度在垂直方向
41、上的分布，称为大气温度层结。常用温度层结作为大气湍流状况的指标，从而判断污染物的扩散情况。,Thermodynamics（热力因子）,2022/12/9,气温垂直递减率,气温随高度的变化用气温垂直递减率来表示，含义是：在垂直于地球表面方向上，高度每增加100m的气温变化值。其单位常用单位/l00m,2022/12/9,大气中的温度层结有三种类型：气温随高度增加而递减，即0，称为正常分布层结或递减层结；气温不随高度变化，即=0，称为等温层结；气温随高度增加而增加，即0，称为逆温。,2022/12/9,根据逆温的生成过程，分为五类：,辐射逆温,湍流逆温,地形逆温,锋面逆温,下沉逆温,在晴朗无风的夜
42、间，地表的降温较大气的降温快，因而出现逆温,是由接近地表上方有大规模下降的高压气团向周围低气压区流动形成,由于朝山坡方向吹去的大气沿山坡上升，在气流上升处比周围气体温度高而形成。,由于冷热两种气团相遇时，暖气团位于冷气团之上而形成的 。,这种情况多发生在坡地、盆地。由于山坡散热较快，使坡面上的大气比谷中大气温度低，冷空气则沿山坡下移，热空气上移而形成。,2022/12/9,(a) 正常温度层结(b) 逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展(c) 辐射达到最强时为黎明前(d) 日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐渐消失(e) 上午10时左右，逆温消失这种逆温冬季最强，中纬度地
43、区可达200300m,2022/12/9,在垂直方向上大气稳定的程度。一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动后，可能发生三种情况；当外力去除后，气块就减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；当外力去除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；当外力去除后，气块静止或作等速运动，称这种大气是中性的。,(三)大气稳定度Stability,2022/12/9,空气团在大气中的升降过程可看作为绝热过程，气团在大气中作绝热上升或下降时的温度变化情况，用干绝热递减率来描述，即干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升或下降单位高度（通常取100m）时，温度降低或升高的数值用d表示，d
44、1100m。,大气稳定度用气温垂直递减率（）与干绝热递减率（d）的对比进行判别，当d时，大气处于不稳定状态；当=d时，气层是中性的；当d时，大气则处于稳定状态。逆温时 0 ，因此， d，这种大气处于非常稳定状态，是一种最不利于污染物扩散的温度层结，,2022/12/9,大气稳定度对大气污染扩散的影响：大气温度的垂直递减率越大，大气越不稳定。在这种情况下有利于大气中污染物的扩散稀释;相反，气温垂直递减率越小，大气越稳定。如果气温垂直递减率很小，甚至等于零或为负值（逆温）时，大气便非常稳定。这种情况对空气垂直对流运动的发展是巨大的障碍，这如同一个盖子，起着阻挡作用。,所以习惯上常将逆温、等温、以及
45、气温垂直递减率很小的气层称为阻挡层。它严重地阻碍地面气流的上升运动，使大气污染物停滞积累在接近地面的空气层中，从而加剧大气的污染程度,大气稳定度和一个地方的大气污染状况有密切关系。大气不稳定，湍流和对流充分发展，扩散稀释能力强，在同样的条件下，一般不会形成大气污染；大气稳定，对流和湍流不容易发展，污染物不容易扩散，易导致大气污染。,2022/12/9,当大气处于稳定状态时，湍流受到限制，大气不易产生对流，因而大气对污染物的扩散能力很弱，易引起污染。当大气处于不稳定状态时，空气对流受阻小，湍流可以充分发展，对大气中的污染物扩散稀释能力就很强。逆温层的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物
46、不能穿过逆温层，只能在其下方扩散，因此可能造成高浓度大气污染。烟流在不同气温层结及稳定度状态的大气中运动，具有不同的扩散型态。,2022/12/9,(1)波浪型。这种烟型发生在不稳定大气中，即0，d。大气湍流强烈，烟流呈上下左右剧烈翻卷的波浪状向下风向输送，多出现在阳光较强的晴朗白天。污染物随着大气运动向各个方向迅速扩散，地面落地浓度较高，最大浓度点距排放源较近，大气污染物浓度随着远离排放源而迅速降低，对排放源附近的居民有害。,2022/12/9,(2) 锥型。大气处于中性或弱稳定状态，即0，d。烟流扩散能力弱于波浪型，离开排放源一定距离后，烟流沿基本保持水平的轴线呈圆锥形扩散，多出现阴天多云
47、的白天和强风的夜间。大气污染物输送距离较远，落地浓度也比波浪型低。,2022/12/9,像一条长直的带子，而呈扇形在水平方向缓慢扩散，也称为扇型，多出现于弱风晴朗的夜晚和早晨。由于逆温层的存在，污染物不易扩散稀释，但输送较远。若排放源较低，污染物在近地面处的浓度较高，遇到高大障碍物阻挡时，会在该区域聚积以致造成污染。如果排放源很高时，近距离的地面上不易形成污染。,(3) 带型。这种烟型出现在逆温层结的稳定大气中，即0，d。大气几乎无湍流发生，烟流在竖直方向上扩散速度很小，其厚度在漂移方向上基本不变，,2022/12/9,高度，则烟流呈下侧边界清晰平直，向上方湍流扩散形成一屋脊状，故又称为屋脊型
48、。这种烟云多出现于地面附近有辐射逆温日落前后，而高空受冷空气影响仍保持递减层结。由于污染物只向上方扩散而不向下扩散，因而地面污染物的浓度小。,(4)爬升型。爬升型为大气某一高度的上部处于不稳定状态，即0，d，而下部为稳定状态，即0，d时出现的烟流扩散型态。如果排放源位于这一,2022/12/9,0，d时出现的烟流运动型态。若排放源在这一高度附近，上部的逆温层好像一个盖子，使烟流的向上扩散受到抑制，而下部的湍流扩散比较强烈，也称为漫烟型烟云。这种烟云多出现在日出之后，近地层大气辐射逆温消失的短时间内，此时地面的逆温已自下而上逐渐被破坏，而一定高度之上仍保持逆温。这种烟流迅速扩散到地面，在接近排放
49、源附近区域的污染物浓度很高，地面污染最严重。,(5)熏烟型。与爬升型相反，熏烟型为大气某一高度的上部处于稳定状态，即0，d，而下部为稳定状态，即,2022/12/9,不同扩散形状烟流的特点及发生情况,2022/12/9,续上表,2022/12/9,各种形式的降水，特别是降雨，能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物。所以大雨之后，空气格外新鲜，就是这个道理。,(四)降水的影响,(五)雾的影响,雾像一顶盖子，它会使空气污染状况加剧。,返回,2022/12/9,二、大气污染物扩散与地形的关系,1、城市Cities2、山区地形Mountain and Hill3、海陆界面 Sea-Land interf
50、ace,2022/12/9,1、Cities 城市,“热岛效应” 城市和周围乡村的水平温差，导致热量环流产生。在这种环流作用下，城市本身排放的烟尘等污染物聚积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。,2022/12/9,2、Mountain and Hill 山区地形,山谷风对污染物输送有明显的影响。吹山风时排放的污染物向外流出，若不久转为谷风，被污染的空气又被带回谷内。特别是山谷风交替时，风向不稳，时进时出，反复循环，使空气中污染物浓度不断增加，造成山谷中污染加重。山区辐射逆温因地形作用而增强。夜间冷空气沿坡下滑，在谷底聚积，逆温发展的速度比平原快，逆温层更厚，强度更大。并且因地形阻挡，
