環(huán)境化學(xué)課件(精)

1、第一節(jié)、污染物在大氣中的遷移第一節(jié)、污染物在大氣中的遷移1 1、對(duì)流層、對(duì)流層: : 平均厚度12km,赤道19km，兩極8-9km，云雨主要發(fā)生層，夏季厚，冬季薄。特點(diǎn)特點(diǎn): :（1）氣溫隨高度升高而降低。 （2）空氣密度大。 （3）天氣復(fù)雜多變。 （4）對(duì)流層下部湍流。一、大氣垂直分層一、大氣垂直分層: :1962,WMO, 對(duì)流層、平流層、中間層、熱成層、逸散層。特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1） 空氣基本無(wú)對(duì)流，平流運(yùn)動(dòng)占顯著優(yōu)勢(shì)。 （2） 空氣比下層稀薄，水汽、塵埃含量很少，很少有天氣現(xiàn)象，透明度極高。 （3） 在15-35km的范圍內(nèi)（平流層上層），厚度約20km的臭氧層。2 2、平流層、平流層

2、: : 對(duì)流層頂?shù)郊s50km的地方3 3、中間層、中間層 從平流層頂?shù)郊s85km的高度。（1 1） 空氣更稀薄空氣更稀薄（2 2） 無(wú)水分無(wú)水分（3 3） 溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低 （-100-100）（4 4） 中間層中上部，氣體分子（中間層中上部，氣體分子（O O2 2、N N2 2）開(kāi)始電離。）開(kāi)始電離。 4 4、熱（成）層、熱（成）層 從80km到約800km的地方(1)(1)溫度隨高度增加迅速增高；溫度隨高度增加迅速增高；(2)(2)大氣更為稀薄大氣更為稀薄; ;(3)(3)大部分空氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電大部分空

3、氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電離層，可以反射無(wú)線電波離層，可以反射無(wú)線電波5 5、逸散層、逸散層 （1） 800km以上高空 （2） 空氣稀薄，密度幾乎與太空相同 （3） 空氣分子受地球引力極小，所以氣體及其微?？梢圆粩鄰脑搶犹右莩鋈?氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)、云量1 1、氣溫、氣溫 一般氣象中采用的氣溫是指離地面1.5m高度處百葉箱中觀測(cè)到的空氣溫度。 大氣預(yù)測(cè)模型中使用的氣溫一般也是指該溫度。 氣溫在水平方向的差異導(dǎo)致氣流水平方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，形成風(fēng)，能夠稀釋和遷移污染物 氣溫在垂直方向的差異導(dǎo)致氣流的上下強(qiáng)烈對(duì)流，有利于形成降水，能夠沖刷污染物。2 2、氣壓、氣壓: :初始狀態(tài)：初始狀

4、態(tài)： 地面處高度地面處高度0 0： 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p1=gzp1=gz高度增加高度增加z, z, 則高度則高度z z處：處： 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p2=g(z-p2=g(z-z)z) 所以，得到：所以，得到：P2-P1=P2-P1=p=-gp=-gz z轉(zhuǎn)化為微分形式則： (1)（密度g/m3，空氣=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2）。另外，氣象學(xué)上用比氣體常數(shù)來(lái)表示狀態(tài)方程，其推導(dǎo)過(guò)程為：pv=nRT = (令 )= (2)gdzdpMmRTpv MRTMRTvmpMRR TRp其中其中R=8.314JR=8.314Jmolmol-1-1K K-1-1,M,M氣體摩爾質(zhì)量（空氣的摩爾體積為氣體摩爾質(zhì)

5、量（空氣的摩爾體積為22.4l22.4lmolmol-1-1，空氣密度，空氣密度=1.29g=1.29gl l-1-1, ,所以所以M=22.4M=22.4* *1.29=28.869gmol1.29=28.869gmol- -1 1）, ,所以所以R=R/M=287 JR=R/M=287 Jkgkg-1-1K K-1-1。由（由（1 1）和（）和（2 2）得到：）得到： = （3） 可見(jiàn)只要知道溫度隨高度的分布函數(shù)形式，就可以推得氣壓隨高度的變化函數(shù)形式。gdzdpTRpgdzTRgdzTRgpdp1dzTRgpdp1dzTRgpp1ln0dzTRgpp1exp0 風(fēng)玫瑰圖（風(fēng)玫瑰圖（m/s

6、m/s）3 3、風(fēng)、風(fēng) 水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)，垂直方向水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)，垂直方向則稱為對(duì)流或升降氣流。則稱為對(duì)流或升降氣流。 一般用風(fēng)向、風(fēng)速來(lái)表示風(fēng)一般用風(fēng)向、風(fēng)速來(lái)表示風(fēng)的特征的特征 風(fēng)向一般用風(fēng)向一般用1616個(gè)方位表示，個(gè)方位表示，(E S W N)(E S W N) 風(fēng)速是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水風(fēng)速是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向移動(dòng)的距離（平方向移動(dòng)的距離（m/sm/s） 一般風(fēng)速是地面以上一般風(fēng)速是地面以上10m10m處風(fēng)處風(fēng)速儀觀測(cè)得到的平均值速儀觀測(cè)得到的平均值4 4、云、云 大氣中水汽凝結(jié)的產(chǎn)物大氣中水汽凝結(jié)的產(chǎn)物 一般用云量、云高來(lái)確定大氣穩(wěn)定度一般用云量、云高來(lái)確定大氣穩(wěn)定度 云

7、高：云層底部距離地面的高度，高云（云高：云層底部距離地面的高度，高云（5000m5000m）中云（中云（2500-5000m2500-5000m）低云（）低云（2500m = = 根據(jù)邁耶定律：R+Cv=Cp(定壓比熱，壓力不變情況下，體系 內(nèi)能變化，Jmol-1K-1) 所以：nCvdTdppnRTnRdTdppnRTnCvdTnRdTdppRTCvdTRdTpdpRTdTCvR)(pdpRTdTCp= = = = =對(duì)于空氣對(duì)于空氣R=287 JmolR=287 Jmol-1-1K K-1-1 Cp=996.5 Jmol Cp=996.5 Jmol-1-1K K-1-1所以：所以：3 3、

8、干絕熱遞減率、干絕熱遞減率氣團(tuán)干絕熱氣團(tuán)干絕熱升高或降低升高或降低單位距離時(shí)，溫度單位距離時(shí)，溫度降低或升高降低或升高的數(shù)值，稱的數(shù)值，稱為為干絕熱遞減率干絕熱遞減率: :推導(dǎo)過(guò)程：推導(dǎo)過(guò)程： r rd d=-=-因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?（干絕熱方程）（干絕熱方程）2121pppTTpdpCRTdT1212lnlnppCRTTppCRppTT1212286. 01212ppTTddzdTpdpCRTdTp所以所以r rd d=- =- =又因?yàn)橛忠驗(yàn)樗裕核裕簉 rd d= = =又由于又由于p=RTp=RT故故r rd d= = =0.98K/100m= = =0.98K/100m （1N=1kg

9、m s1N=1kg m s-2-2,1J=1N m,1J=1N m）dpdpdzdppCRTdzpdpCRT11gdzdpdpgpCRT1dpCgpRTpCg11221121125 .9968 . 95 .9968 . 95 .9968 . 9KmkgkgmsmsKNmkgmsKJkgmsddzdT干絕熱遞減率常數(shù)的推導(dǎo)干絕熱遞減率常數(shù)的推導(dǎo)大氣穩(wěn)定度：是指大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對(duì)穩(wěn)定的程度。根據(jù)大氣垂直遞減率（r）和干絕熱遞減率（rd）的對(duì)比關(guān)系，可以確定大氣穩(wěn)定度。穩(wěn)定：氣團(tuán)離開(kāi)原來(lái)位置后有回歸的趨勢(shì)（rrd）中性：介于上述兩種情況之間（r=rd）注意其中rd基本為不變常數(shù)0

10、.98k/100m，r則可能變化很大。解釋解釋： 當(dāng)當(dāng)rrrrd d時(shí)，時(shí)，氣團(tuán)離開(kāi)原來(lái)位置上升到某一高度時(shí)，由于rrd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度大，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會(huì)比氣團(tuán)外溫度低，所以氣團(tuán)有回歸趨勢(shì)。 當(dāng)當(dāng)r rr rd d時(shí)，時(shí)，氣團(tuán)離開(kāi)原來(lái)位置上升到某一高度時(shí)，由于rrd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度小，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會(huì)比氣團(tuán)外溫度高，所以氣團(tuán)有繼續(xù)移動(dòng)離開(kāi)趨勢(shì)。rrd不穩(wěn)定由于上述，可見(jiàn)大氣的垂直溫度遞減率越大，則大氣就越不穩(wěn)定，r與rd的關(guān)系可表示為：rd=0.980.00不穩(wěn)定穩(wěn)定中性超

11、穩(wěn)定（逆溫） 一般大氣層越穩(wěn)定，則越不利于污染物的擴(kuò)散 而逆溫則使大氣的溫度變化逆轉(zhuǎn)，隨著高度升高，溫度也升高（rh,所以HH3 3、湍流逆溫（高空逆溫）、湍流逆溫（高空逆溫）低層空氣湍流混合而上層空氣未混合情況下發(fā)生的高空逆溫。在下部湍流層，氣團(tuán)上升過(guò)程中，溫度按干絕熱遞減率（rd）變化，上升到一定高度后，其溫度低于周圍環(huán)境溫度（這樣它才不繼續(xù)上升，而有返回趨勢(shì)，形成湍流），這樣下部湍流層的溫度會(huì)低于上部未湍流層低部的溫度，從而形成高空湍流逆溫。海洋和大陸在白天和夜間的熱力差異，導(dǎo)致的白天和夜間海洋和陸地之間的海洋和大陸在白天和夜間的熱力差異，導(dǎo)致的白天和夜間海洋和陸地之間的風(fēng)向轉(zhuǎn)換。風(fēng)向轉(zhuǎn)

12、換。白天：海風(fēng)，夜晚：陸風(fēng)白天：海風(fēng)，夜晚：陸風(fēng)對(duì)污染擴(kuò)散的影響：對(duì)污染擴(kuò)散的影響： 白天海風(fēng)吹向陸地，海風(fēng)處于下層，溫度較低，易于形成逆溫。白天海風(fēng)吹向陸地，海風(fēng)處于下層，溫度較低，易于形成逆溫。 夜間陸風(fēng)吹向海洋，陸風(fēng)處于下層，溫度和海洋差別不大，不易形成逆溫夜間陸風(fēng)吹向海洋，陸風(fēng)處于下層，溫度和海洋差別不大，不易形成逆溫易造成污染物往返，海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原隨陸風(fēng)吹向海洋的污染物又會(huì)被吹易造成污染物往返，海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原隨陸風(fēng)吹向海洋的污染物又會(huì)被吹會(huì)陸地。循環(huán)作用，如果污染源處于海路風(fēng)交界處，并處于局地環(huán)流，則污染會(huì)陸地。循環(huán)作用，如果污染源處于海路風(fēng)交界處，并處于局地環(huán)流，則污染物很難擴(kuò)散出去，并不斷累積達(dá)到很高的濃度。物很難擴(kuò)散出去，并不斷累積達(dá)到很高的濃度。1 1、海陸風(fēng)、海陸風(fēng) 2 2、城郊風(fēng)、城郊風(fēng)主要?jiǎng)恿κ浅鞘袩釐u效應(yīng)造成的城市空氣從上層流向郊區(qū)，郊區(qū)溫度較低的空氣從下部流向城市，形成城市和郊區(qū)間的大氣局地環(huán)流。使得污染物在城區(qū)很難擴(kuò)散出去，形成城市煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。郊區(qū)城市郊區(qū)3 3、山谷風(fēng)、山谷風(fēng)白天：山坡升溫快，山坡氣流快速上升，空氣由谷底補(bǔ)充山坡白天：山坡升溫快，山坡氣流快速上升，空氣由谷