最新环境化学第二章大气课件ppt.ppt

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1、环境化学第二章大气第一节大气中污染物的迁移一、大气温度层结1、定义：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，使得温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们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。2、一定条件下出现反常现象当Γ=0时，称为等温层；当Γ<0时，称为逆温层。这时气层稳定性强，对大气的垂直运动的发展起着阻碍作用。根据逆温形成的过程不同，可分为两种：近地面层的逆温自由大气的逆温辐射逆温平流逆温融雪逆温地形逆温乱流逆温下沉逆温锋面逆温一定条件下出现反常现象辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所形成

2、的。这种逆温层多发生在距地面100-150m高度内。最有利于辐射逆温发展的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2-3m/s，逆温就不易性形成。lnPCBEDFA逆温层图下图白天的层结曲线为ABC夜晚近地面空气冷却较快，层结曲线变为FEC，其中FE为逆温层。以后随着地面温度降低，逆温层加厚，在清晨达到最厚，如DB段。日出后地面温度上升，逆温层近地面处首先破坏，自下而上逐渐变薄，最后消失。1、绝热过程：即系统（气块）与周围的环境没有热量交换。干过程：固定质量的气块不经历发生水相变化的过程，即气块内部不出现液态水和固态水。三、气块的绝热过程和干绝热递减率2、干

3、气块的绝热过程2、干气块的绝热过程干气块在绝热上升过程中，由于外界压力减小而膨胀，就要抵抗外界压强而做功，消耗内能，因而气块温度降低。相反，干气块绝热下降时，由于外界压强增大而被压缩，体积功被转化为该块空气的内能，因此温度升高。T2=T1(P2/P1)exp(ARd/Cpd)T2、T1——分别为绝热过程起始和终结时的温度P2、P1——分别为绝热过程起始和终结时的压力A——功热当量Rd——干过程的状态常数Cpd——干空气的定压比热T2=T1(P2/P1)exp(0.286)(ARd/Cpd=0.286)利用这个方程可以求出气块上升到任意高度出的温度值。20℃21℃100m3、

4、干绝热垂直递减率Γd：干空气在上升温度降低值与上升高度的比。Γd=Ag/Cpd=0.977×10-4℃/cm=0.98℃/100m≈1℃/100m在g和Cpd不变的情况下，Γd是常数。对于上升干空气有如下关系：T2=T0－Γd(z-z0)(z-z0)——上升高度差；T2——干空气达到高度z的温度；T0——起始高度z0处的温度。四、大气稳定度概念分类1、概念：指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。2、按照稳定度将大气分为：稳定的大气：当大气中某一气块在垂直方向上有一个小的位移，如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡位置，则称层结是稳定的，Γd>Γ0

5、不稳定的大气：如果层结大气使气块趋于继续离开原来位置，则称层结是不稳定的，Γd<Γ0中性的大气：介于上两者之间，Γd=Γ0研究大气垂直递减率和干绝热递减率用于判断，气块稳定情况，气体垂直混合情况，考察污染物扩散情况。五、影响大气污染物迁移的因素1、风和大气湍流的影响2、天气形势和地理形势的影响1、风和大气湍流的影响A、影响污染物在大气中扩散的三个因素：风：气块规则运动时水平方向速度分量，使污染物向下风向扩散；湍流：使污染物向各个方向扩散；浓度梯度：使污染物发生质量扩散。三种作用中风和湍流起主导作用。B、摩擦层：具有乱流特征的气层，也称乱流混合层。底部与地面接触，顶以上的气层

6、为自由大气。厚度1000到1500米之间，污染物主要在该层扩散。1、风和大气湍流的影响摩擦层里存在两种乱流：动力乱流：也称为湍流，起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生的；热力乱流：又称对流，起因于地表面温度与地表面附近温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成对流。两种形式的乱流常并存。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。1、风和大气湍流的影响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

7、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。最大混合高度的求法首先在图上绘出某地某天探测的温度垂直廓线。如求某地某天午后最大混合层高度，只需从最高温度处做干绝热线。该线与温度廓线的交点的高度，即为混合层最大高度。同样，利用最低温度可求出早晨最小混合层高度。0510155001000高度(m)最低温度最高温度←干绝热线→探测的温度垂直廓线2、天气形势和地理