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1、第二章 大气环境化学,大气的组成及其主要污染物大气颗粒物大气中污染物的迁移大气中污染物的转化,1 大气的组成及其主要污染物,1.1 大气的主要成分1.2 大气层的结构1.3 大气污染化学与大气污染1.4 大气中的主要污染物,大气圈的重要性,滋润保护着人类而且无时无刻不在传输着物质、能量和信息。空气的主要成分：O2、N2、CO2；O2，人类和动物呼吸所必须，且须大量存在(成人10-12m3/d，是食物的10倍，饮水的3-4倍)；N2，固氮作用（一系列复杂的生化反应转化成氨基酸）；CO2，植物的光合作用。保护作用：防止从外层空间的宇宙线，r射线，X射线和陨石等对人类的侵害，同时，允许太阳辐射中的近
2、紫外线，可见光和近红外光线到达地面保温；是地球上H2O、O2、N2、C等重要物质循环不可缺的介质；地球能量转换和传递的重要介质。,大气的主要成分,大气的主要成分（体积百分比）包括：N2（78.08%）、O2（20.95%）、Ar（0.943%）和CO2（0.0314%）。几种惰性气体：He（5.2410-4）、Ne（1.8110-3）、Ke（1.1410-4）和Xe（8.710-6）的含量相对比较高。水的含量是一个可变化的数值。一般在13%。痕量组分，如H2（510-5）、CH4（210-4）、CO（110-5）、SO2（210-7）、NH3（610-7）、N2O（2.510-5）、NO2（2
3、10-6）、O3（410-6）等。,大气与空气,大气（atmosphere）：围绕地球或任何其他天体的气层或气圈。空气（air）：处于大气最低层约有十多公里的对流层气体混合物。由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得描述大气状态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。人们通常把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结和大气密度层结。,1.2 地球大气圈的垂直分层,目前世界普遍采用的大气圈分层方法是1962年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通过国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）建议的分层系统，即根据大气温度垂直变化特征，将大气
4、圈分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层,1）对流层,大气圈最接近地面的一层，厚度从赤道向两极减少，低纬度为17-18km,高纬度为8-9km，平均厚度为12km；H，则T（0.65/100m，不能直接吸收太阳辐射却能从地面反射得到热能而使大气增温），对流强烈;集中了占大气总质量的75%的空气和几乎全部水蒸气,主要天气现象云、雾、雪、雹及降水等发生在这一层；1-2km，自由大气层，乱流及其效应通常极微弱，污染物很少到达这里。对流层顶温度很低，水凝结成冰，不能进入平流层。,2）平流层,对流层顶至高度约5055 km；平流层内空气干燥，几乎没有水汽和尘埃，大气透明度好（超高速飞行，1020km
5、）；温度先是随高度增加变化很少，距地面30-35km处温度为-55，再向上T随 H而，到平流层顶升至-3，因在1535 km内，形成一个约20 km厚的O3层。无垂直对流运动，主要是平流运动。,3）中间层：平流层顶至85 km；H则T，顶部气温为-83-113，因高空吸收辐射的物质（尤其O3）减少。4）热成层：85 800km，空气稀薄，气体在宇宙射线作用下电离，能将地面发射的无线电波返回地面，对全球无线电通讯具有重要作用；H则T，电离后的氧强烈吸收180nm太阳远紫外辐射的能量；5）散逸层：热成层顶以上的大气，也称外层，该层大气极为稀薄，气温高，分子运动速度加快。有的能克服地球引力而逃逸到太
6、空中去。,大气污染化学,定义：研究大气污染物的化学特征及其产生，迁移、转化、消除和致害过程中的化学行为，以便掌握和运用有关规律，控制污染，改善环境，造福人类。1973年，第一次全国环保会议之后，我国环保工作有了全面的开展；1975年，中科院成立了环境化学研究所组建了大气污染化学研究组，后扩大为研究室，开始有了我国第一个研究大气污染化学的专业单位；,1977年，中科院制定环境科学发展规划时，提出了以燃煤产生的大气污染问题为主攻方向；20年来，我国大气污染化学的研究，大致可归纳为：大气颗粒物的表征和污染物的迁移转化两方面。我国大气污染有三个特点：一是SO2污染重于NOx，二是硫氧化物主要来源于燃煤
7、排放产生的SO2，三 是城市大气颗粒物浓度普遍较高，大多数地区常处于超标状态。,1.3.2 大气污染系统,是由排放源大气承受体 三个基本组成部分 导致污染的物质流将排放源，大气和承受体三者联系起来，构成大气污染系统，这种物质是由大气运载的，并会妨害人类及其环境，因而称为气载污染物。汇：气载污染物从大气中消失的去处，包括水体，土壤，植物和建筑物等承受体：承受污染的对象，人类及环境。排放源：气载污染物的排放点或排放区域，分为自然源（大量和不可控）和人为源,污染源,自然源：来源于自然界的生命活动或其它自然现象的变化所产生的。萜类，针叶树的叶或所放出；火山爆发，颗粒物及含硫气体化合物；森林火灾，CO，
8、CO2。人为源：人类生活及生产活动产生大量污染物 燃料的燃烧。主：固体化石燃料（煤、褐煤等），液体化石燃料（石油及石油产品，液态天然气），气体燃料.工矿企业及农业排放的废气,主火电厂及冶金工业 运输工具运行中废气的排放.,1.4 大气中的污染物及其危害,按物理状态分为气态污染物（约占90%）和大气颗粒物（10%）按化学类型分为含硫化合物HXSOX，含氮化合物HXNOX，碳氧化物，碳氢化合物和碳氢氧化合物，光化学氧化剂，含卤素化合物，粉尘颗粒物，放射性物质等。原生污染物（一次性污染物），由污染源直接排入大气，如CO，CO2，SO2，NO等。次生污染物（二次性污染物），一次污染物与空气进行物理化学
9、变化后的产物，如：NO2，SO3，硫酸烟雾，硫酸盐气溶胶及氧化剂。,含硫化合物,大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、二甲基硫(CH3)2S、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫酸(H2SO4)、亚硫酸盐(MSO3)和硫酸盐(MSO4)等。生物活动（动植物机体的腐烂）产生的多为低价硫。SO2的危害：刺激性气体,呼吸道危害；植物危害；酸雨。SO2 的来源与消除：有60来自煤的燃烧，30左右来自石油燃烧和炼制过程；一般煤的含硫量为1-5%，石油含硫量为0.8-2%；另天然源包括火山排放和H2S氧化。有50%会转化形成硫酸或硫酸根，另外50%可以
10、通过干湿沉降从大气中被消除。SO2的浓度特征：本底浓度一般在0.210L/m3之间，停留时间36.5天。Q=WS280%=1.6WS，其中：Q，SO2的产生量（kg）；W，燃煤量（kg）;S,煤中全硫含量（%）,H2S和有机硫化物(CH3)2S,天然源：主要污染源，生物活动（水、土壤有机残体无氧细菌作用，海洋生物活动排放）、火山活动(主要是SO2)、海水浪花（主要是SO42-）。人为源：工业排放（H2S为SO2的2%）危害：H2S引起结膜炎，血红蛋白中毒，破坏未成熟的植物组织。汇：在大气中氧化OH+H2SH2O+SH，O2和O等氧化为SO2。在大气中停留时间1-4天。,NOX,主要形态：NO，
11、N2O，NO2，NH3 N2O主来自天然源，即在土壤中硝酸盐在微生物作用下的还原过程形成的；人为源主要是燃料燃烧及含氮化肥的施用。大气中含量甚微，化学活性差，吸收地面热辐射使全球气候变暖，t=120年。在平流层中：N2O+h N2+O；N2O+O N2+O2；N2O+O NO+NO；,NOX,NOX：自，闪电，生物活动；人（主），煤和石油的燃烧（燃烧型和温度型）、汽车尾气和工业排放；一般有2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放。NO占90以上；NO2占0.5到10。NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。,NOx的危害,NO的
12、生物化学活性和毒性都不如NO2，可与血红蛋白结合，并减弱血液的输氧能力,但其浓度远低于CO的浓度，因而对血红蛋白的影响少。NO2会引起肺炎，造成纤维组织变性性细支气管炎，甚至中毒死亡。植物叶片产生斑点，引起植物光合作用的可逆衰减。导致光化学污染的重要物质。危害：引起酸雨和光化学烟雾。,燃料燃烧过程中影响NOx形成的因素,燃烧温度5001000时，生成的NO浓度比较低。高温既能产生较高的NO含量，又有助于NO的快速生成。空燃比。典型的汽油，其化学计量空燃比为14.6。空燃比低，燃烧不完全，尾气中CH和CO含量高，NO浓度低；空燃比增加，NOX含量增加，空燃比等于化学计量空燃比时，NOX达到最大值
13、。空燃比超过化学计量空燃比时，NOX含量随之下降。补不同车型三种化合物的排放源强。,表2-1 车辆单车排放因子推荐值（mg/辆m）,NOX,排放量G=1.63B（N+V10-6CNO）其中：CNO：以燃料燃烧时生成的温度型NO浓度，通常取ppm；G：燃料燃烧时生成的NOX（以NO2计）；B：煤或重油的消耗量；V：为一公斤燃料生成的烟气量 m3/kg；N：为燃料N向燃料型NO的转化率%。燃烧过程中NO的产生量除与温度有关外，还与空气过剩系数，燃料种类有关。改进燃烧方式来控制NOX的生成和排放量：降低燃烧温度，降低O2的分压，减少烟气的停留时间，降低燃料中N的含量和控制空气过剩系数。,CO,是大气
14、中很普遍的排放量极大的污染物。全世界CO年排放量为2.10*108t,排放量为大气污染物之首。主来自天然源，甲烷的氧化转化；海水中CO的挥发为1.0*108t；植物排放的烃类（主要是萜烯）经HO氧化而成CO；植物叶绿素的光解，其量为（5-10)*107t/a；森林火灾等，其量为60*106t/a.人为源主要是燃料的燃烧和加工、汽车排气。其中约80%来自汽车尾气的排放，燃烧不完全，当空燃比超过15时，汽油燃烧完全，汽车尾气中就没有CO。无色、无味、无臭的有毒气体，转化为CO2速度很慢；去除途径是通过土壤中某些细菌的吸收和代谢为CO2和CH4；此外，自由基的作用也是很重要的。T停为0.4a.对植物
15、和微生物无害，但对人体有害(使人体缺氧)，参与光化学烟雾的形成，温室效应。,CO2,大气的正常组分，无毒，一种重要的温室气体；天然源：海洋排气，全球约有千亿吨的CO2在海洋和大气圈之间进行交换；甲烷氧化转化；动植物呼吸、腐败作用以及生物质的燃烧；来自地球内部的释放（如火山活动等）；森林火灾。CO2对12-18m的红外线有强烈的吸收作用；大量的硫酸盐颗粒的存在对全球变暖过程有显著的抑制作用，硫酸盐颗粒可能已经抵消温室效应对全球变暖贡献量的三分之一。,碳氢化合物HC,大部分的HC来自植物的分解，人类排放量较小；HC的人为源主要来自石油燃料的不充分燃烧和蒸发过程，其中汽车排气占了相当的比重。大气污染
16、研究中，通常把HC分为甲烷（80-85%的HC）和非甲烷烃NMHC；大部分NMHC来自天然源，最主要的天然排放物是异戊二烯和单萜烯；NMHC的人为源有汽油燃烧（38.5%),焚烧（28.3%),溶剂蒸发（11.3%),石油蒸发和运输损耗(8.8%)，废物提纯(7.1%)。大气中的NMHC其最主要的大气化学反应是与OH自由基的反应。,CH4,主来自沼泽、泥塘、水稻田、牲畜反刍等厌氧发酵过程。一头牛每天排放200-400L甲烷，全世界每年有12*108头牛、羊。水稻田是大气甲烷的重要排放源之一，全球水稻田产甲烷的量为（7.0-17.0*107t/a);在大气中存在寿命为11年，大部分为OH所氧化；
17、是重要的温室气体，温室效应比CO2大20倍；,卤代烃,主要物质：简单卤代烃（甲烷的衍生物）和氟氯烃类 CH3Cl,CH3Br,CH3I,CHCl3,CCl4,CFCs,Halon；CH3Cl和CH3Br寿命较长，可以扩散进入平流层，CH3I则在对流层光解产生原子I。来源：冷却剂，喷雾剂，发泡剂，灭火剂，溶剂等；火山喷发，工业泄漏和排放；钢铁、炼铝和磷肥厂的排放，瓷、砖、瓦等的生产；燃煤等。汇机制：对流层化学和光化学反应去除，扩散至平流层解离；降水湿去除，扩散至地表被土壤、植被吸收。,2 大气颗粒物,大气颗粒物的来源（一次与二次）与消除大气颗粒物的粒径分布大气颗粒物的化学组成大气颗粒物来源的识别
18、大气颗粒物的环境健康效应PM2.5,颗粒物及其污染源,悬浮微粒是空气中最常见的污染物，包括降尘、浮尘、石棉及无机金属粉末等。通常我们称它为颗粒污染物。颗粒物：指大气中大于分子尺寸的固体或液体颗粒状物质的总称，分为一次颗粒物和二次颗粒物。气溶胶：固液微粒分散到大气中所形成的庞大的稳定而不均匀的悬浮体系，分为雾、烟、烟雾。根据形成特征分为：粉尘、烟、灰、烟雾、烟炱等,二次颗粒物的形成机制,通过物化过程由四个阶段形成：1.均相或非均相成核，形成细粒子分散在空气中；2.在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大；3.由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大；4.通过干沉降（重力沉降或地面碰撞后沉降）和湿沉降
19、（雨除或冲刷）清除。,天然源火山爆发,森林火灾,天然源海啸,土壤扬尘,废弃物的燃烧发出有害气体和粉尘,一些大城市的落尘量（吨/平方千米/月）：西柏林 4.8，伦敦 11.5，曼彻斯特 6.4，洛杉矶 7.7，底特津14.8，纽约 25.7，东京 23.0，大阪 20.7，上海 100，天津 100，中国台北 18.5。,颗粒物的粒径有效粒径,Dp：与所研究粒子有相同终端降落速率的密度为1g.cm-3的球体直径。Dp=Dgk(p/0)1/2Dg:几何直径p：不参考浮力效应的粒子密度0：参考密度（1mg.cm-3),颗粒物的分类,总悬浮颗粒物（TSP）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径Dp10
20、0m的颗粒物。降尘：是指大气中Dp在10100m的固体颗粒物；能够依其自身的重力作用而沉降下来。飘尘（可吸入颗粒物PM10），是指在空气中直径小于10 m且能在空气中长期漂浮的悬浮微粒，它是空气中最常见的污染物，对于环境危害，对人体健康威胁最大的要数粒径10m以下的微粒，能在空气中长期漂浮，易被人和动物吸入呼吸道和远距离扩散。,表5-1 大气颗粒物按粒径大小分类,气溶胶粒子的三模态及其特性,颗粒物的粒径分布能反映出颗粒物的大小与其来源或形成过程有着密切的关系，Whitby为此概括提出了三膜态分布模型。爱根核膜：粒径小于0.05 m，主要来源于燃烧过程所产生的一次气溶胶粒子和气体分子通过化学反应
21、均相成核转换的二次气溶胶粒子，所以又称成核型。积聚膜：Dp在0.05-2 m范围内，主来源于爱根核膜的凝聚，燃烧过程所产生蒸汽冷凝、凝聚，以及由大气化学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶等。积聚膜的粒子不易被干、湿沉降去除，主要的去除途径是扩散。这两种膜合称为细粒子。,粗粒子膜：Dp大于2 m主来源于机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山灰和风砂等一次气溶胶粒子，主靠干沉降和雨水冲刷去除。但粗粒子和细粒子是独立的。把积聚膜的气溶胶粒子以凝聚作用的方式完全转变为粗膜，需要经历几周的时间。而细粒子通常只有几天的停留时间。,颗粒物粒径分布规律：粒子数目最大峰出现在约0.02 m，另有小峰0.1
22、m.表面积分布的最大锋在0.1 m，在0.01-0.1 m和1-10 m.体积分布有2个强峰，粒径范围分别为0.1-1.0 m和1-10m，最小值出现在1-2 m范围。,大气颗粒物的消除,干沉降（粒子在重力作用下或与地面及其其它物体碰撞后，发生沉降而被去除，又称干去除。）10-20%1)通过重力对颗粒物的作用，使其降落在土壤、水体的表面或植物、建筑物等物体上。斯托克斯定律V=gDp(1-2)/18）粒径小于.m的颗粒，即爱根粒子，它们靠布朗运动扩散，相互碰撞而凝聚成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞去除。,大气颗粒物的消除,湿沉降：降雨或降雪等使颗粒物去除（雨除和冲刷）80-90%。雨除
23、：气溶胶粒子作为云的凝结核，通过凝结过程和碰并过程，云滴不断长大为雨滴，在适当的气象条件下，进一步形成雨或雪，降落到地面上气溶胶粒子也随之从大气中去除。对半径小于1mm的颗粒物有效；冲刷：在降雨或降雪过程中，雨滴或雪晶、雪片不断降大气中的微粒物携带、溶解或冲刷下来的过程。对半径大于4mm的颗粒物有效；不论是雨除还是冲刷对半径在2m左右的很难去除。,表7-1不同粒径颗粒物的沉降速率,颗粒物的大气效应,大气颗粒物有三种重要的表面性质：成核作用、粘合和吸着。成核作用即过饱和蒸汽在颗粒物表面上形成液滴的现象。参与大气中云的形成及降水（雨或雪）过程。若没有颗粒物，云雨就没有凝结核，水就不能凝聚。粒子可彼
24、此相互紧紧地粘合或在固体表面上粘合。粘合或凝聚是小颗粒形成较大的凝集体并最终达到很快沉降粒径的过程。颗粒物的粘合程度与颗粒物及表面的组成、电荷、表面膜组成及表面的粗糙度有关。离子的粘合使颗粒物荷电。能散射太阳光谱，使大气能见度下降，并阻挡或减弱太阳辐射，改变环境温度和植物的生长速率。能为大气化学反应过程提供巨大的表面，促进大气化学反应；进入人体呼吸器官，危害人体，污染和腐蚀各种建筑材料。,颗粒物的化学组成,无机颗粒物：其成分是由颗粒物形成过程决定的。如扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子；海洋溅沫主要是氯化钠，硫酸盐离子；火山灰则主要为由氧和硅组成的岩石粉末。一般地，粗粒子主要是土壤及污染源排放出
25、来的尘粒，大多是一次颗粒物，含硅、铁等金属元素；细粒子主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等。不同粒径的颗粒物其化学组成差异很大，硫酸盐大多维持在积聚模中。,有机颗粒物：由大气中的有机物凝聚而成，或有机物质吸附在其他颗粒物上面而形成的。大气颗粒物主要是这些有毒或有害的有机颗粒物。有机颗粒污染物种类繁多，结构也极其复杂。已经检测到的有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等。另外还有少量的亚硝胺、杂氮化合物、环酮、酚类和有机酸等。这些有机颗粒物是由矿物燃料燃烧、废弃物焚化等各种高温燃烧过程而形成的。有机颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程转化而来的。转化速率小于转化为硫酸盐颗粒物。有机颗粒物的粒径
26、一般都比较小，属于爱根膜或积聚膜。生物颗粒物：包括微生物和所有各种生物体的碎片，从最小的病毒(0.005m5m)都在其中。,颗粒污染物对人类的危害,粒径大于10m的颗粒，大部分滞留在鼻腔或咽喉部位；粒径为2-4m在肺泡内沉积率为最大，粒径为0.4m在呼吸道和肺泡膜内沉积率最低。PM2.5在呼吸过程中能深入到细胞而长期存留在人体中。被吸入人体后，约有5%的PM2.5吸附在肺壁上，并能渗透到肺部组织的深处引起气管炎、肺炎、哮喘、肺气肿和肺癌，导致心肺功能衰退甚至衰竭。颗粒物进入人体后，在沉积的部位上对组织发生的作用或影响是由其化学组成或其携带吸附的有毒物质所决定的，如石棉、氧化铍颗粒、硫酸雾滴以及
27、颗粒物表面吸附的多环芳烃、SO2等均可因其毒性而引起人体健康的损害，甚至造成组织癌变。（煤肺、硅肺、石棉肺）。,细粒子危害,细粒子危害较大不仅表现在可吸入性上，还在于其有毒污染物在细粒子中的含量大大高于粗粒子。（1）引起呼吸道疾病：引发肺病、鼻炎、咽喉炎、支气管炎等症状（2）引起皮肤疾病：悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎或造成角膜损伤（3）引起骨骼疾病：悬浮颗粒物还能降低大气透明度，减少地面紫外线的照射强度；紫外线照射不足，会间接影响儿童骨骼的发育,颗粒物的环境健康效应,相关法律与标准,1987年大气污染防治法6章41条1991年实施细则 1995年
28、大气污染防治法6章50条（第一次修改）2000年4月大气污染防治法7章65条（第一次）关于发展民用燃煤的暂行办法，城市烟尘控制区管理办法，汽车排气污染监督管理办法，全国机动车排放监测管理制度（暂行）二十多项有关标准:环境空气质量标准，大气污染物综合排放标准，锅炉大气污染物排放标准，恶臭污染物排放标准，饮食业油烟排放标准（试行），室内空气质量标准等保护臭氧层的维也纳公约，关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书，气候变化框架公约。,3 大气中污染物的迁移,气温垂直递减率和干绝热递减率大气稳定度辐射逆温层大气污染数学模式（略）影响大气污染物迁移的因素,3.1气温垂直递减率,r=-dTd/dZ,垂直于地球
29、表面方向上，每升高100m，气温的变化值；对于标准大气，整个对流层的r=0.65 0C/100m；对流层的气温垂直变化是比较复杂的，特别是靠近地面11.5km处称之为边界流动层，其气温垂直递减率可大于、小于（逆温）或等于零。摩擦层因乱流混合而导致r异常：1）动力乱流：有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动（地形、树木、湖泊、河流和山脉等使地面粗糙不平）；2）热力乱流（对流，地表面温度与地表面附近受热又不均匀而导致温度不一致）。,干绝热递减率rd,rd干空气块或未饱和的湿空气在绝热（空气的导热率很小，垂直运动中的 气块同周围空气间可能交换的热量远小于因其体积变化作所引起的内能 变化dQ=0)
30、条件下，每升高单位高度（通常用单位高度为100m)所造成的温度降低系数值称为干绝热递减率。rd=-dTi/dZ=g/Cv=0.98/100m=10/km,3.2大气稳定度,概念：（实质）表示空气块（污染气团）在铅直方向的稳定程度，既气块是否安于原在的层次，是否易于发生对流。是表示大气加速，抑制或不影响气块作垂直运动的 一种热力学性质。大气稳定度的判别 假想从大气中割取与外界绝热的一密团气块，受某种气象因素影响，有外力作用于气块，使其产生垂直于地面的升或降的运动到某一新的位置，去除外力后的加速运动的状态：1）气团减速并有返回原地的趋势，则此大气是稳定的；2）气团仍加速前进，则此大气是不稳定的；3
31、）当气团不减速也不加速，则此大气是中性的。Pasquill根据地面风速、日照量和云量把大气稳定度分为6类，即强不稳定A、不稳定B、弱不稳定C、中性D、较稳定E和稳定F。,3.3 逆温,对流层中，气温一般是随高度增加而降低，但有时会出现逆温现象（温度随高度增加而升高），特别是在近地面的大气中；逆温对空气污染贡献显著，阻碍了污染物的混合，使得污染物滞留在局地，不仅使污染物不能扩散，而且象一个容器使其他进入的污染物集聚。沉降逆温：发生在表面高压区附近，当高空空气下降取代吹出高压区的表面空气的时候，下沉空气因为压缩而升温，能够停留在距地面的数百米的高空，维持温暖的一层。锋面逆温：暖空气团（暖锋）和冷空
32、气团（冷锋）的碰撞而产生，在锋面区暖空气团处于冷空气团之上，产生逆温。辐射逆温：地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。多发生在距地面100-150米高度内。最有利的形成条件是平静而晴朗的夜晚。有云和有风都能减弱逆温。风速超过 2-3 m/s，逆温就不易性形成。,3.4 影响大气污染物迁移的因素(1)空气的机械运动,空气的机械运动如风和湍流：风可使污染物向下风向扩散而稀释；湍流可使污染物向各方向扩散；浓度梯度可使污染物发生质量扩散升至高空。其中风和湍流起主导作用。,环境化学 第二章 大气环境化学C、气体污染物的扩散很大程度取决于对流与混合的程度，垂直运动程度越大，用于稀释污染物的大气容积量也就越大。
33、dv/dt=(T-T)g/Tdv/dt 气块加速度 T 受热气块温度,T 大气温度,g 重力加速度,由于受热气块温度较高，密度较小，从而促使气块上升。上升过程中气体温度下降并最终达到与外界气体温度一致，当受热气块会上升至 T=T 时。气块与周围大气达到中性平衡，气块停止上升，这个高度定义为对流混合层上限，或称 最大混合层高度。52,环境化学 第二章 大气环境化学,日变化,夜间最大混合层高度较低，夜间逆温较重情况下，最大混合层高度甚至可以达到零；白天则升高，在白天可能达到2000,3000 m。,季节性变化,冬季平均最大混合层高度最小，夏初为最大。,当最大混合层高度小于1500 m时，城市会普遍
34、出现污染现象。,53,3.4影响大气污染物迁移的因素(2)天气形势和地理地势,不利的天气形势和地形特征结合在一起通常可以使某一地区的污染程度大大加重。如各种逆温的形成；海陆风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海洋流向大陆而生成海风。夜间却相反。对污染物的影响：循环作用和往返作用。,城郊风：工厂企业和居民要燃烧大量的燃料，燃烧过程中会有大量热能排放，造成市区温度比郊区高，即城市热岛效应。城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市流动，形成城郊环流。山谷风：山坡和谷地受热不均而产生的一种局地环流。白天受热较快的山坡产生上升气流，同时谷底中
35、的冷空气沿坡爬升补充，形成谷地流向山坡的气流，即谷风；夜晚，气温下降较快的冷空气沿坡下滑形成山风。山谷风转换时形成严重的污染。,环境化学 第二章 大气环境化学,热气,冷气,流上升,海陆风,流下降,海,洋,陆,地,55,56,环境化学 第二章 大气环境化学,冷气,热气,流下降,海 风,流上升,海,洋,陆,地,陆,风,海陆风,陆风,57,环境化学 第二章 大气环境化学,热气流上升,1 上下循环2 水平循环3 逆温 阻碍扩散封闭型、漫烟型污染,冷气流下降,海,洋,陆,地,海,风,海陆风,环境化学 第二章 大气环境化学城郊风热岛效,冷空气郊区,城市,应,冷空气郊区,城郊风污染物聚集在城市上空58,环境化学 第二章 大气环境化学,山谷风,59,环境化学 第二章 大气环境化学,山谷风：山风,60,环境化学 第二章 大气环境化学,山谷风：谷风,61,作业题与思考题,1 列表比较大气中主要气态污染物的源和汇及存在浓度与时间。2 试分析天气和气候现象如何与大气污染产生作用，及逆温对空气质量的影响。,作业与思考题,大气颗粒物按粒径分有哪些种类？什么是怀特比三模态？为什么说粗、细粒子之间是彼此独立的？试比较无机颗粒物的细粒子和粗粒子来源特征。大气颗粒物对人体有何危害？,
