環(huán)境化學(xué)課件：第2章 大氣環(huán)境化學(xué)

1、ATMOSPHERICCHEMISTRYClimate ChangeRegional Air PollutionAcid DepositionStratospheric OzoneIMPORTANCE OF ATMOSPHERIC CHEMISTRY空氣的主要成分空氣的主要成分78.0920.940.930.0350.0199.9(mole fraction) Typical units Number concentration: molecules cm-3 Mixing ratio: ppm, ppb, ppt Molecular weight of air Ma = 28.96 g mo

2、le-1 Trace chemistry Reactants are present in trace amounts化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)生物活動生物活動水的活動水的活動放射性衰變放射性衰變工業(yè)活動工業(yè)活動輸入速度輸入速度組分的停留時間組分的停留時間在大氣中的儲量在大氣中的儲量輸出速度輸出速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)其它物質(zhì)產(chǎn)生產(chǎn)生消耗消耗大氣大氣循環(huán)循環(huán)ATMOSPHERIC TRANSPORT TIME SCALESSource: Introduction to Atmospheric Chemistry, Jacob, D. J., 1999ATMOSPHERE STRUCTURE & BULK

3、 COMPOSITION Pressure units 1 atm = 1.013 x 106 g cm-1 s-2 1 mbar = 103 g cm-1 s-2 1 hPa = 103 g cm-1 s-2 Ideal gas law p V = Rg T p = ( Rg T)/MaSource: Environmental Science, Cunningham, P. W. and B. W. Saigo, 2001dzdT頂頂同溫層同溫層過渡層過渡層大氣密度大氣密度輻射逆溫的形成過程及消失輻射逆溫的形成過程及消失l輻射逆溫也稱為接地逆溫，典型案例就是倫敦?zé)熿F。輻射逆溫也稱為接地逆溫

4、，典型案例就是倫敦?zé)熿F。l 溫層，即平流層（stratosphere），亦稱同溫層 ltemperature inversion layer l1由于太陽短波輻射從地面反射到空氣的加熱是越接近地面越顯著的，因此隨高度增加，氣溫亦越來越低。一種和此情況相反的，溫度隨高度增加，稱為逆溫現(xiàn)象；受逆溫現(xiàn)象影響的一段垂直厚度大氣則稱之為逆溫層。l2逆溫層的出現(xiàn)主要是空氣下沉，絕熱增溫所引起。因此，受高壓脊(如副熱帶高壓脊、大陸性反氣旋南下)或熱帶氣旋外圍下沉氣流區(qū)支配下，都有機會出現(xiàn)逆溫層。逆溫層通常出現(xiàn)於對流層低層，厚度較薄，大約幾百至千馀公里左右。 l3受逆溫層影響的地區(qū)，大氣都趨於穩(wěn)定，對流不易發(fā)

5、生；因此，隨寒潮所帶來的逆溫外，一般逆溫現(xiàn)象都會引致地面風(fēng)力微弱；空氣中的懸浮粒子因而聚積而使空氣的質(zhì)素變得惡劣逆溫的成因逆溫的成因l1：輻射逆溫：輻射逆溫因地面強烈輻射而形成的逆溫稱為輻射逆溫。在晴朗無風(fēng)或微風(fēng)的夜晚，地面因輻射冷卻而降溫，與地面接近的氣層冷卻降溫最強烈，而上層的空氣冷卻降溫緩慢，因此使低層大氣產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。輻射逆溫一般日出后，逆溫就逐漸消失了。l2：平流逆溫：平流逆溫由于暖空氣流到冷的地面上而形成的逆溫稱為平流逆溫。當(dāng)暖空氣流到冷的地面上時，暖空氣與冷地面之間不斷進(jìn)行熱量交換。暖空氣下層受冷地面影響最大，氣溫降低最強烈，上層降溫緩慢，從而形成逆溫。平流逆溫的強度，主要決定于

6、暖空氣與冷地面之間的溫差。溫差愈大，逆溫愈強。 l3：湍流逆溫：湍流逆溫l因低層空氣的湍流混合作用而形成的逆溫稱為湍流逆溫。當(dāng)氣層的氣溫直減率小于干絕熱直減率時，經(jīng)湍流混合后，氣層的溫度分布逐漸接近干絕熱直減率。因湍流上升的空氣按干絕熱直減率降低溫度。空氣上升到混合層頂部時，它的溫度比周圍的氣溫低，混合的結(jié)果，使上層氣溫降低；空氣下沉?xí)r，情況相反，致使下層氣溫升高。這樣就在湍流減弱層，出現(xiàn)逆溫。l 4：下沉逆溫：下沉逆溫l 因整層空氣下沉而形成的逆溫稱為下沉逆溫。當(dāng)某氣層產(chǎn)生下沉運動時，因氣壓逐漸增大，以及由于氣層向水平方向擴(kuò)散，使氣層厚度減小。若氣層下沉過程是絕熱過程，且氣層內(nèi)各部分空氣的相

7、對位置不變。這時空氣層頂部下沉的距離比底部下沉的距離大，致使其頂部絕熱增溫的幅度大于底部（圖中HH）。因此，當(dāng)氣層下沉到某一高度時，氣層頂部的氣溫高于底部，而形成逆溫。下沉逆溫多出現(xiàn)在高壓控制的地區(qū)，其范圍廣，逆溫層厚度大，逆溫持續(xù)時間長。 l5：鋒面逆溫：鋒面逆溫鋒面是冷暖氣團(tuán)之間狹窄的過渡帶，暖氣團(tuán)位于鋒面之上，冷氣團(tuán)在下。在冷暖氣團(tuán)之間的過渡帶上，便形成逆溫。 在自然界，逆溫的形成常常是幾種原因共同作用的結(jié)果。無論逆溫是怎樣形成的，只要逆溫出現(xiàn)，對天氣均有一定影響。逆溫層能阻礙空氣的垂直運動；大量煙塵、水汽等聚集在逆溫層下面，使能見度變壞，也易造成大氣污染。l 6：地形逆溫：地形逆溫l多

8、發(fā)生在山谷或盆地。夜晚山坡上降溫快，冷空氣沿斜坡流入低谷和盆地，使原來的較暖的空氣受擠抬升，出現(xiàn)的溫度倒置現(xiàn)象。 逆溫的危害和防護(hù)逆溫的危害和防護(hù)l在逆溫層中，較暖而輕的空氣位于較冷而重的空氣上面，形成一種極其穩(wěn)定的空氣層，就象一個鍋蓋一樣，籠罩在近地層的上空，嚴(yán)重地阻礙著空氣的對流運動，由于這種原因，近地層空氣中的水汽、煙塵以及各種有害氣體，上天無路，入地?zé)o門，只有飄浮在逆溫層下面的空氣層中，有利于云霧的形成，而降低了能見度，給交通運輸帶來麻煩，更嚴(yán)重的是，使空氣中的污染物不能及時擴(kuò)散開去，加重大氣污染，給人們的生命財產(chǎn)帶來危害。近代世界上所發(fā)生的重大公害事件中，就有一半以上與逆溫層的影響有關(guān)。l逆溫層對人們的健康造成很大危害。為了盡量避免它的不利影響，