第二章大气环境化学

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1、第二章　大气环境化学第一节　概述本节内容要点：大气层的结构、对流层的特点、平流层的特点、气温垂直递减率和逆温、气团及其干绝热减温率、气团的稳定性等。1）大气层结构      按照大气温度、化学组成及其它性质在垂直方向上的变化，大气圈可以分为对流层(Troposphere)、平流层(Stratosphere)、中间层(Meosphere)、热层(Therosphere)和逃逸层(Stratopause)，见图2-1。      对流层特点：气温随高度上升而降低大（约每升高100m，温度降低0.6℃）；密度大，75%以上的大气总质量和90%的水蒸气在对流层；污染物的迁移转化过程及天气过程均发

2、生在对流层。      平流层特点：空气没有对流运动，平流运动占显著优势；空气比对流层稀薄得多，水汽、尘埃含量甚微；15-35km范围内有厚有约20km的臭氧层。      中间层特点：气温随高度的增加而降低，顶部可达-92℃左右。垂直温度分布与对流层相似。图2-1大气主要成分及温度分布2）气温垂直递减率和逆温      气温随高度的变化通常以气温垂直递减率(Г)表示，即每垂直升高100m，气温的变化值：      边界层的气温垂直递减率可以大于零、等于零或小于零。当Г>0时，为正常状态；当Г=0时，为等温气层；当Г<0时，为逆温气层。逆温是环境中很重要的大气现象，许多严重的污染事件都与

3、之有关。逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性强，对于大气中垂直运动起阻碍作用，不利于大气中污染物的扩散，导致排放的气体污染物累积并产生污染事故。3）气团及其干绝热减温率      污染气体由污染源排到大气中时，一般不会立即和周围大气混合均匀，这样污染性气体的理化性质有别于周围大气，可视作一个气团来进行研究。当然，气团只存在一定的时间，其界面也是相对的，当与周围大气混合均匀以后，气团的边界消失，气团本身也就不复存在。      当气团垂直上升时，随外界压力的减少必然膨胀作功，使气团的温度下降。相反，当气团下降时，由于外界压力加大，气团被压缩而增温即绝热增温。干空气和未饱和的湿空气在

4、垂直上升时，每升高100m，其自身温度降低值称干绝热减温率（Гd），一般为每百米1℃；但含饱和水的湿空气的干绝热减温率要低于每百米1℃。4）气团的稳定性      气团在大气中的稳定性与气温垂直递减率和干绝热减温率两个因素有关。如果上升气团未被水汽饱和，其干绝热减温率为每百米1℃，而它周围空气温度的垂直递减率小于每百米1℃，那么上升的气团在任一高度上都比周围空气冷、密度大，显然气团处于稳定状态。如果周围空气的温度垂直递减率大于每百米1℃，上升的未饱和气团到任意高度都比空气温度高、密度小，从而加速上升，气团处于不稳定状态，一直可以上升到任意高度。如果周围空气的温度递减率也是每百米1℃，则上

5、升的未饱和气团可以随欲平衡。具体可用气团的干绝热减温率(Гd)和气温垂直递减率(Г)的大小判断：当Гd>Г时，气团稳定，不利于扩散；当Гd<Г时，气团不稳定，有利于扩散；当Гd=Г时，气团处于平衡状态。这些情形示于图2-2中。      当然，气团的上升与否，除了考虑气团与环境的温度是否相同外，还要考虑气团的密度及外力情况。一般来说，大气温度垂直递减率越大，气团越不稳定；气温垂直递减率越小，气团越稳定。如果气温垂直递减率很小，甚至等温或逆温，气团也非常稳定。这对于大气的垂直对流运动形成巨大的障碍，阻碍地面气流的上升运动，使被污染的空气难于扩散稀释。如污染物进入平流层，由于平流层的气温垂直

6、递减率是负值，垂直混合很慢，以致污染物可在平流层维持数年之久。图2-2判断气团抬升的原理图第二节本节内容要点：太阳辐射、大气成分对太阳辐射的吸收、地球与大气的能量平衡、主要温室气体等。　1）太阳辐射      入射到地球表面的阳光可看成是平行光束，入射到地球大气层外界的阳光总强度用太阳常数表示。太阳常数定义为：在与光传播方向垂直的平面上单位面积接受到光的总量，其平均值为1368W/m2。      太阳的表面温度大约为6000K，高温炽热气体以电磁辐射的形式放射出能量。太阳光谱几乎包括了整个电磁波谱，其中红外部分占总能量的50%，可见光部分约占41%，X射线、γ-射线和紫外线大约占9%。

7、根据Wein位移定律，黑体最大辐射能力所对应的波长λm与绝对温度T成反比，其数学表达式为：λm=2897/T。如上所述，太阳的表面温度为6000K，地球表面的温度为285～300K，由此可以算得：地球的λm约为10μm，而太阳的λm为483nm。图2-3表示太阳辐射和地球辐射的光谱分布。图2-3太阳和地球的辐射光谱2）大气成分对太阳辐射的吸收      太阳光在穿过大气时，由于大气对其的吸收和散射作用而减弱，使投射到大气上界的辐射不