第二章 大气环境化学 第一节 污染物在大气中的迁移

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2020年09月23日

  第二章 大气环境化学 第一节 污染物在大气中的迁移_院校资料_高等教育_教育专区。第二章:大气环境化学 当前三大全球环境问题:气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内 重点内容: (1)污染物在大气中的迁移 ? 气象基础:大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、大气稳定 度、大

  第二章:大气环境化学 当前三大全球环境问题:气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内 重点内容: (1)污染物在大气中的迁移 ? 气象基础:大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、大气稳定 度、大气混合层 ? 污染物迁移影响因素:混合层、地形、逆温、山谷风、海陆风等 ? 污染物迁移的数学模式:推导与应用 (2)污染物在大气中的转化 ? 光化学反应基础 ? 自由基反应和来源 ? 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化 (3)几种代表性的大气环境污染问题 ? 酸雨,光化学烟雾, ? 温室效应,全球变暖 ? 臭氧层破坏 第一节、污染物在大气中的迁移 迁移:污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。 原因:空气运动形成风,风的形成主要是由于温度差异引起的。所以大气 中温度的差异是空气运动的动力源。 一、大气垂直分层 二、基本气象要素 三、气块的绝热过程和干绝热递减率 四、大气稳定度 五、逆温 六、局地环流对污染物扩散的影响 一、大气垂直分层: 1962,WMO, 对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。 1、对流层: 平均厚度12km,赤道19km,两极8-9km, 云雨主要发生层,夏季厚,冬季薄。 特点:(1)气温随高度升高而降低。 (2)空气密度大。 (3)天气复杂多变。 (4)对流层下部湍流。 2、平流层: 对流层顶到约50km的地方 特点: (1) 空气基本无对流,平流运动占显著优势。 (2) 空气比下层稀薄,水汽、尘埃含量很少,很少 有天气现象,透明度极高。 (3) 在15-35km的范围内(平流层上层),厚度约 20km的臭氧层。 3、中间层 ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) 从平流层顶到约85km的高度。 空气更稀薄 无水分 温度随高度增加而降低,中间层顶,气温最低 (-100℃) 中间层中上部,气体分子(O2、N2)开始电离。 4、热(成)层 从80km到约800km的地方 (1)温度随高度增加迅速增高; (2)大气更为稀薄; (3)大部分空气分子被电离成为离子和自由电子,又称电 离层,可以反射无线) 空气稀薄,密度几乎与太空相同 空气分子受地球引力极小,所以 气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去 二、基本气象要素 气温、气压、湿度、风、云量 1、气温 ? 一般气象中采用的气温是指离地面1.5m高度处百叶箱中观测到的空 气温度。 ? 大气预测模型中使用的气温一般也是指该温度。 ? 气温在水平方向的差异导致气流水平方向运动的动力,形成风,能 够稀释和迁移污染物 ? 气温在垂直方向的差异导致气流的上下强烈对流,有利于形成降水, 能够冲刷污染物。 2、气压: 初始状态: 高度增加△z, 地面处高度0: 则高度△z处: 压强p1=ρgz 压强p2=ρg(z-△z) 所以,得到:P2-P1=△p=-ρg△z dp ? ? ?g 转化为微分形式则: dz (1) (ρ密度g/m3,空气=1.29g/L,g重力加速度9.8m/s2)。 另外,气象学上用比气体常数来表示状态方程,其推导过程为:pv=nRT = pv ? mRT M p? m RT ?RT ? ? v M M (令 R ? ? R M ) (2) = p ? ?R?T 其 中 R=8.314J . mol-1 . K-1,M 气体摩尔质量 ( 空气的摩尔体积为 22.4l . mol-1 ,空气密度 =1.29g . l-1, 所以 M=22.4*1.29=28.869gmol1),所以R’=R/M=287 J.kg-1.K-1。 由(1)和(2)得到: dp ? ? ?g = dz = ? pg R ?T dp g g 1 ?? dz ? ? ? dz p R ?T R? T dp g ? ? ? p R? = ? = ln ? = p ? p0 exp? ?? p g 1 ? ? ? ? dz p0 R? T 1 dz T g 1 ? ? ? dz ? ? R? T ? (3) 可见只要知道温度随高度的分布函数形式,就可以推得气压随高度 的变化函数形式。 3、风 水平方向的空气运动,垂直方向 则称为对流或升降气流。 一般用风向、风速来表示风 的特征 风向一般用 16 个方位表示, (E S W N) 风速是单位时间内空气在水 平方向移动的距离(m/s) 一般风速是地面以上10m处风 速仪观测得到的平均值 风玫瑰图(m/s) 4、云 ? 大气中水汽凝结的产物 ? 一般用云量、云高来确定大气稳定度 ? 云高:云层底部距离地面的高度,高云( 5000m ) 中云(2500-5000m)低云(2500m) ? 云量:云遮蔽天空的成数。将可见天空分为 10 份, 被云遮挡了几份,云量就是几。晴空无云,云量为0,乌 云遮天,云量为10. 三、气块的绝热过程和干绝热递减率 1、气团运动的绝热过程 ? 空气移动,高压区→低压,膨胀降温,压缩升温。 ? 当气团在水平方向运动, 非绝热过程。 ? 当气团作垂直升降运动时,近似为绝热过程。 温度垂直递减率,干绝热递减率 高温暖气团倾向于从地表移动到低压的高处, 气团绝热膨胀并降温。若没有水汽凝结,冷却速 率 为 0.98℃/100m , 称 为 温 度 的 干 绝 热 递 减 率 ? (rd)。 ? 然而,一般气团中都含有水蒸气,冷凝放潜热, 得到温度的垂直递减率(r),冷却速率为 0.65℃/100m。 ? 当污染源排放的污染刚进入大气环境的时候, 可视为一个绝热过程。 膨胀降温20℃ 压缩升温21℃ 2、气团运动的绝热方程 根据热力学第一定律: dq=du+dw(q— 外界加于体系的热量, u— 体系内能变 化,w—体系对外做功) 绝热过程中: 外界加于体系的热量dq=

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