环境科学概论-大气环境.ppt
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1、第二章 大气环境Atmospheric Environment,第一节 大气的结构和组成,第二节 大气污染和污染物,第三节 大气环境的危害,第四节 大气中污染物的扩散,第五节 大气污染的综合防治与管理,第一节 大气的结构和组成,大气的结构,大气的组成,大气的结构,距地面5千米以下的空气占大气质量的50%,整个大气圈质量的95%都集中在高于海平面20千米以上的高空,再往高处,地球大气和星际大气便联起来了。这就是说,大气上界是模糊的,在地球和星际之间并没有一个截然的界限。,大气的上界,物理上界:,根据大气中才有的而星际空间中没有的物理现象来确定。例如:极光现象(1200千米),估计上界:,按照人造
2、卫星探测资料推算,大气密度接近星际空间的高度为2000-3000千米,即以此为大气估计上界。,大气的结构,大气的上界,大气的结构,根据:根据大气垂直方向上的物理性质差异(温度、成分、电荷等),同时考虑大气的垂直运动状况进行分层。,大气的垂直结构,大气的结构,1、对流层(Troposphere),范围,厚度随纬度、高度和季节变化而变化,全球平均厚度:12千米,低纬度地区17-18千米,中纬度地区10-12千米,高纬度地区8-9千米。,夏季厚度大于冬季,主要特征,温度随高度增加而降低(=0.65/100m),具有强烈的对流运动,气象要素水平分布不均,内部差异,对流层内部根据温度、湿度、气流运动及天
3、气状况等可分为三个层次:,大气的结构,2、平流层(Stratosphere),范围:,从对流层顶到距地面5055千米的范围,主要特征:,空气稀薄、水汽和微尘的含量很少,能见度高,大气以水平运动为主,垂直运动极其微弱,不易成云致雨,温度随高度升高而升高(强烈吸收紫外线),大气的结构,3、中间层(Mesosphere),范围:,从平流层顶到距地面85千米的范围,主要特征:,气温随高度升高而降低,下暖上冷,再次出现空气的垂直运动,该层80千米高度上,有一个白天出现的电离层称为D层,大气的结构,4、热层(Thermosphere):,范围:,从中间层顶到距地面800千米的范围,主要特征:,气温随高度升
4、高而升高(波长小于0.175m的太阳紫外辐射都被该层中的原子氧所吸收的缘故),空气稀薄,在700多千米厚的气体中只含有大气总质量的0.5%,空气处于高度的电离状态,有电离层E层和F层(无线电波传输),大气的结构,4、热层(Thermosphere):,此外,在高纬度地区的晴夜,在热层中可以出现彩色的极光。这可能是由于太阳发出的高速带电粒子使高层稀薄的空气分子或原子激发后发出的光。这些高速带电粒子在地球磁场的作用下,向南北两极移动,所以极光常出现在高纬度地区上空。,大气的结构,“极光”现象,5、散逸层:,范围:,800千米高度以上的大气层,主要特征:,气温随高度升高而降低,大气质点经常散逸到星际
5、空间,大气的结构,成云致雨的必要条件,主要成分98.9%,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,大气组成,主 要 作 用,干洁空气,O3,N2,O2,CO2,大气各成分的作用,(一)干洁空气的成分,1、定义:,大气中除去水汽和固体杂质以外的整个混合气体。,2、组成:,近地平面的干燥空气,主要成分是氮气(78.09%)和氧气(20.94%)。其次是氩气(0.934%体积)和二氧化碳(0.033%体积)。空气中水的体积百分含量在0.1-0.5%之间,其余的大
6、气成分为稀有气体,氢的含量约为510-5%。除此之外,还有不少痕量气体成分。,大气的组成,大气中痕量气体的分布,均质大气,85千米以下,主要成分比例相对稳定,非均质大气,85千米以上,主要成分比例不稳定,大气的组成,臭氧(O3),来源:,O2 O+O,O2+O O3,原因:,在上层大气中,紫外线强度很大,氧气分子多分离成氧原子。,在较低层大气中,O2和O数量充足,为O3形成提供了物质条件,因而在距地面30千米处臭氧混合比最大,再通过下沉作用,在20-25千米处最多。,在低层大气中由于,短波紫外辐射减弱,氧原子形成微弱,故臭氧比重减少。,大气的组成,分 布,臭氧(O3)作用:,对紫外辐射有强烈的
7、吸收作用,使40-50千米高度上大气温度显著升高。,对地面生物有保护作用。,大气的组成,二氧化碳(CO2),来源:,分布:,由于大气的垂直混合作用,最多扩散到距地面20千米处,作用:,大气增湿,温室效应(Greenhouse Effect),主要来源于有机物的燃烧及腐化和动植物的呼吸。,人口稠密地区多,夏季比冬季多,大气的组成,(二)水汽,来源:,江河湖海和潮湿的物体的表面,植物的叶面的蒸发和蒸腾作用。,分布:,夏季水汽含量大于冬季。,纬度愈高水汽含量愈少,同一纬度上,海洋上空水汽含量多于陆地上空水汽,同一地区,水汽多集中于低层,作用:,强烈吸收地面长波辐射,影响低层的热量收支,水的三相变化在
8、天气变化中起积极作用,成云致雨,大气的组成,(三)大气中的固体和液体微粒,来源:,燃烧烟粒,海水飞溅扬入大气后蒸发的盐粒,被风吹起的土壤微粒,火山喷发的烟尘,流星燃烧产生的细小微粒,宇宙尘埃,细菌微生物和植物的头孢花粉等。,分布:,多集中于近地面大气中,陆地上空多于海洋上空,城市多于农村,冬季多,夏季少,作用:,降低空气的能见度,对地面和空气的温度有一定的影响,充当凝结核对成云致雨起重要作用,大气的组成,(四)大气污染物人类活动产生的某些有害颗粒物和废气进入大气层有害烟雾灰尘烟雾,第二节大气污染,一、定义,大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现出足够的浓度,以致于破
9、坏生态系统和人类正常生存和发展的条件,对人和物造成危害的现象。大气污染源:向大气环境排放有害物质活对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置,二、大气污染源及污染物,(一)大气污染源,、天然源:指自然界自行向大气环境排入污染物的污染源。,人为源:指人类的生产活动所形成的污染源,第二节大气污染,2、按污染源存在的形式进行划分,污染源可以分固定污染源和流动污染源两类,3、按排放污染物的空间分布方式来划分,可以分为:点源、线源和面源三类,4、按污染物排放时间状况划分,可以将污染源分为连续源、间断源和瞬时源三类,5、按人类社会活动功能划分,还可以分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源等,
10、(二)大气污染物,指由于人类活动或自然过程排入大气,并对人和环境产生有毒影响的物质。,、一次污染物:又称原发性污染物,指直接由污染源排放的污染物。进入大气后其性质没有发生变化。,、二次污染物:又称继发性污染物,指进入大气的一次污染物之间相互作用,或一次污染物与正常大气组分发生化学反应,以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。,气溶胶状态污染体:是空气中的固体和液体颗粒物质与空气一起结合成的悬浮体,它的粒径在100微米以下,主要的大气污染物,1)气溶胶体,微粒根据粒径大小在监测中通常分为:1)尘:1-100 m(飘尘、降尘、粉尘、沙尘)飘尘(可吸入粒子(IP))D10m能在大气
11、中长期飘浮的悬浮物质。*可吸入粒子(IP):大于10m的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住,而小于10m的飘尘却能长驱直入侵蚀肺泡,叫“可吸入因子”。在可吸入微粒中80%可沉积于肺泡,且沉积时间可达数年之久,导致肺心病等一系列病变。,降尘 D10m的粒子,靠重力作用可在短时间内降到地面的。粉尘:75m沙尘:15-100m总悬浮颗粒物(TSP)D(粒径)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。,2)液滴:大气中悬浮的液体粒子。雾:是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中,致使能见度减小到一定程度的天气现象,目标物的水平能见度降低到1千米以内,就是雾。轻雾或霭:是液体颗粒,水
12、平能见度在1千米20千米的雨:100m-6mm水平能见度小于10千米,且是灰尘颗粒造成的,就是霾或灰霾水分含量达到90以上的叫雾,水分含量低于80的叫霾。8090之间的,是雾和霾的混合物3)化学粒子:大气中由于化学过程产生的固体或液态颗粒物,也称有机盐粒子和无机盐粒子。,微粒危害,遮挡阳光,使气温降低,或形成冷凝核心,使云雾和雨水增多,以致影响气候,使可见度降低,交通不便,航空与汽车事故增加,可见度差,照明耗电增加,燃料消耗随之增多,因此空气污染也更严重,燃煤时生成的SOx,再加上微粒的作用,对呼吸系统的危害特别大,含硫化合物:主要指SO2为主二氧化硫是一种无色的刺激性气体,腐蚀性很大,会严重
13、刺激人的呼吸系统,使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受阻,刺激腐蚀人的肺部,可以造成肺气肿和支气管炎。并加重哮喘病情。湿度大的情况下,含硫化合物最终被氧化形成硫酸,是形成酸雨的主要来源。,(2)气态物质:主要有含硫氧化物、氮氧化物、碳的氧化物、碳氢化合物四种。,二氧化硫,氮的氧化物NOX是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等的总称,造成大气污染的NOX最主要是NO和NO2。氮氧化物来源:主要来源于人类生产生活活动,以汽车尾气排放造成的污染最为严重。,氮氧化物危害:1)氮氧化物可以转化为硝酸,是形成酸雨主要物质之一2)是形成光化学烟雾的重要物质3)是消耗臭氧的重要因子4)NO2对
14、人有生理刺激和腐蚀作用,引起城市居民产生急性呼吸道病变的一种原因5)可腐蚀织物、材料、破坏染料,使它褪色6)危害植物,使其组织受害而落叶,甚至枯萎,碳的氧化物 指CO和CO2。CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传输,使人体缺氧,导致死亡。CO2是一种无毒的气体,是大气中的“正常”成分,主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前,大气中CO2浓度逐渐升高,每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面长波辐射,使地球升温,导致温室效应,从而形成全球气候变化。,碳氢化合物(HC)HC是自然界中必不可少的物质,主要指烷烃、烯烃和芳香烃等具有挥
15、发性的有机物,它们主要是由碳原子和氢原子组成。碳氢化合物主要来源于自然界植物分解,人为产生的量很小,但它们是形成光化学烟雾的重要物质。多环芳烃化合物、碳氢取代物,三、几种典型的大气污染,(一)还原型污染(煤烟型),煤烟型污染:多发生于以煤炭为主要燃料且兼用石油的地区,故又叫煤烟型大气污染燃煤,主要成分是C、H及少量O、N、S,煤烟型污染物:SO2、NOX、CO和颗粒物。,根据污染物的化学性质及其存在的大气状况,可将大气污染分为还原型大气污染和氧化型大气污染。,(二)氧化型污染(交通型),交通型污染物:CO、NOX、HC交通型污染源:机动车、机动船、航天器(飞机、飞船),反应式:C+O2CO2+
16、热量 CO2+C2CO热量 N2+XO22NOX,氧化型污染:多发生在以石油为主要燃料的地区,污染物主要来自汽车尾气,所以又叫汽车尾气型大气污染。,根据燃料性质和污染物的组1)煤炭型大气污染 主要污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2等构成的一次污染物,以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。2)石油型大气污染 主要污染物来自汽车尾气、石油冶炼及石油化工厂的废气排放。主要污染物是NO2、烯烃、链状烷烃、醇、羰基化合物等,以及它们在大气中形成的臭氧、大气自由基及生成的一系列中间产物与最终产物。3)混合型大气污染 主要污染物来自以煤炭为燃料的污染源排放,以石油为
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