臭氧空洞和顆粒物

1、 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 臭氧層存在于的平流層中，主要分布在距地臭氧層存在于的平流層中，主要分布在距地 面面 10-50 10-50 kmkm范圍內(nèi)，濃度峰值在范圍內(nèi)，濃度峰值在20-2520-25kmkm處處 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 臭氧的豐度 臭氧氣柱總量（臭氧氣柱總量（Total column ozone）：）：地球表地球表 面某一地區(qū)上空臭氧的總量面某一地區(qū)上空臭氧的總量 Dobson Units (DU)

2、：為紀(jì)念為紀(jì)念G.M.B. DobsonG.M.B. Dobson在在 19201920至至19301930年代在測量平流層臭氧的貢獻(xiàn)，以其年代在測量平流層臭氧的貢獻(xiàn)，以其 姓命名的表達(dá)臭氧氣柱總量的單位姓命名的表達(dá)臭氧氣柱總量的單位 DU：0oC標(biāo)準(zhǔn)海平面壓力下，標(biāo)準(zhǔn)海平面壓力下，1010-5 -5 m m厚的臭氧值厚的臭氧值 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 臭氧消耗 Total ozone column value ranges from 290 to 310 DU over the globe. Ozone depletion: when sum of ozone over

3、 height is lower than 2/3 of the normal value, we say ozone depletion occurs. 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 臭氧 英文臭氧（英文臭氧（OzoneOzone）一詞源自希臘語）一詞源自希臘語ozonozon， 意為意為“to smellto smell” 在常溫下，它是一種有特殊臭味的藍(lán)色氣在常溫下，它是一種有特殊臭味的藍(lán)色氣 體，濃度高時與體，濃度高時與氯氣氯氣氣味相像；液態(tài)臭氧氣味相像；液態(tài)臭氧 深藍(lán)色，固態(tài)臭氧紫黑色深藍(lán)色，固態(tài)臭氧紫黑色 O O O 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 C

4、hapman theory 描述了太陽光轉(zhuǎn)換氧的形式，解釋了臭氧層存在于大氣描述了太陽光轉(zhuǎn)換氧的形式，解釋了臭氧層存在于大氣 15至至50千米出的原因千米出的原因 通過上面的公式從而計算出潔凈大氣中臭氧濃度的分布通過上面的公式從而計算出潔凈大氣中臭氧濃度的分布 2/1 ) ( 2 3 dc ba kk Mkk O O 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) O3 濃度濃度 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 平流層中平流層中O3O3濃度的估算值和觀測值的對照濃度的估算值和觀測值的對照 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 1. 1.平流層中平流層中NONOX X對臭氧層破壞的影響；對臭氧層破壞的影響； 2

5、.2.平流層中平流層中HOHOX X對臭氧層破壞的影響；對臭氧層破壞的影響； 3.平流層中平流層中ClOClOX X對臭氧層破壞的影響；對臭氧層破壞的影響； 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 1. 1.平流層中平流層中NONOX X對臭氧層破壞的影響對臭氧層破壞的影響 322 22 32 2 NOONOO NOONOO OOO a.N2O的氧化的氧化 b.超音速和亞音速超音速和亞音速 飛機的排放飛機的排放 c.宇宙射線的分解宇宙射線的分解 循環(huán)反應(yīng) 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 2.2.平流層中平流層中HOHOX X對臭氧層破壞的影響對臭氧層破壞的影響 32 2 3

6、2 2 HOHOO HOOHO OOO 322 22 32 2 OHOHOO HOOOHO OOO HHOHO HOOHO CHHOCHO OOhO 2 2 34 23 2 循環(huán)反應(yīng) 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 3.3.平流層中平流層中ClOClOX X對臭氧層破壞的影響對臭氧層破壞的影響 32 2 32 2 ClOClOO ClOOClO OOO 循環(huán)反應(yīng) a.甲基氯的光解甲基氯的光解 b.CFC的光解的光解 c.氟氯甲烷與氟氯甲烷與O的的 反應(yīng)反應(yīng) 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 2010年，一幅由美國宇航局提供的衛(wèi)星圖片 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的

7、形成與消耗 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗 Note: HCl和和ClONO2常以化學(xué)惰性的形態(tài)存常以化學(xué)惰性的形態(tài)存 在與平流層中在與平流層中. HCl 和和N2O5, ClONO2 和和 H2O 都比較慢都比較慢 國際社會保護(hù)臭氧層的行動國際社會保護(hù)臭氧層的行動 針對平流層中針對平流層中ClOClOX X對臭氧層破壞的影響對臭氧層破壞的影響 1987年在世界范圍內(nèi)簽訂了限量生產(chǎn)和使用年在世界范圍內(nèi)簽訂了限量生產(chǎn)和使用 氯氟烷烴等物質(zhì)的氯氟烷烴等物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)定蒙特利爾協(xié)定。 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形成與消耗- -蒙特利爾協(xié)定 十、臭氧層的形成與消耗十、臭氧層的形

8、成與消耗- -蒙特利爾協(xié)定 49 大氣大氣：各種固體或液體均勻地分散在空氣中形成：各種固體或液體均勻地分散在空氣中形成 的一個龐大的分散體系，也是氣溶膠體系。的一個龐大的分散體系，也是氣溶膠體系。 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 4.1 4.1 大氣顆粒物的分類大氣顆粒物的分類 氣溶膠體系中分散的各種粒子稱為氣溶膠體系中分散的各種粒子稱為大氣顆粒物大氣顆粒物。 大氣大氣：氣相：氣相(free gas)+膠體膠體(colloid)+顆粒物顆粒物 (particulate) 大氣顆粒物大氣顆粒物 組成成分組成成分 有機物有機物 無機物無機物 狀態(tài)狀態(tài) 有生命有生命 無生命無生命 固態(tài)固態(tài) 液

9、態(tài)液態(tài) 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 4.1 4.1 大氣顆粒物的分類大氣顆粒物的分類 大氣顆粒物的環(huán)境影響大氣顆粒物的環(huán)境影響 1 1、降低大氣能見度源、降低大氣能見度源： 0.11.0 m的顆粒物散射作用的顆粒物散射作用 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2 2、凝結(jié)核作用、凝結(jié)核作用： 0.1m的顆粒物作為云及降水的凝結(jié)核的顆粒物作為云及降水的凝結(jié)核 大氣顆粒物的環(huán)境影響大氣顆粒物的環(huán)境影響 3 3、污染物的傳輸、污染物的傳輸： 氣溶膠能長期懸浮于大氣中，可長距離傳輸污染物氣溶膠能長期懸浮于大氣中，可長距離傳輸污染物 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 4 4、參與和影響大

10、氣化學(xué)反應(yīng)、參與和影響大氣化學(xué)反應(yīng)： 顆粒物表面可起催化化作用，如：顆粒物表面可起催化化作用，如： N2O5 + H2O 2HNO3 大氣顆粒物的環(huán)境影響大氣顆粒物的環(huán)境影響 5 5、對全球氣候變化的影響、對全球氣候變化的影響： 碳黑的增溫作用，硫酸鹽氣溶膠降溫作用（陽傘效應(yīng)）碳黑的增溫作用，硫酸鹽氣溶膠降溫作用（陽傘效應(yīng)） 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 6 6、對酸沉降和富營養(yǎng)化的影響、對酸沉降和富營養(yǎng)化的影響： 碳酸鈣、氨的中和作用，碳酸鈣、氨的中和作用， NO3-、NH4+對對N含量的貢獻(xiàn)含量的貢獻(xiàn) 大氣顆粒物的環(huán)境影響大氣顆粒物的環(huán)境影響 7 7、損害人體健康、損害人體健康：

11、可吸入顆粒及其中有毒有害污染物的影響可吸入顆粒及其中有毒有害污染物的影響 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 大氣顆粒物的來源大氣顆粒物的來源 天然來源天然來源：地面揚塵、海浪濺出的浪沫、火山灰、森林：地面揚塵、海浪濺出的浪沫、火山灰、森林 火災(zāi)、宇宙隕星塵埃、花粉、孢子火災(zāi)、宇宙隕星塵埃、花粉、孢子 人為來源人為來源： 一次顆粒物一次顆粒物：直接由污染源排放的；：直接由污染源排放的； 二次顆粒物二次顆粒物：大氣中的某些污染組分之間或這些組分與：大氣中的某些污染組分之間或這些組分與 大氣成分之間發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的顆粒物；大氣成分之間發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的顆粒物； 燃料燃燒煤煙燃料燃燒煤煙、飛灰、飛灰

12、(Fly Ash)(Fly Ash)、氣態(tài)污染物、氣態(tài)污染物 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 生成機制：生成機制： 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 大氣顆粒物的消除大氣顆粒物的消除 顆粒物在重力作用下下沉顆粒物在重力作用下下沉 粒徑小于粒徑小于0.1m的愛根粒子，通過布朗的愛根粒子，通過布朗 運動相互擴散而凝聚成較大顆粒而沉降運動相互擴散而凝聚成較大顆粒而沉降 雨除：半徑小于雨除：半徑小于1 1 mm的顆粒物的顆粒物 沖刷：半徑大于沖刷：半徑大于4 4 mm的顆粒物的顆粒物 二大氣顆粒物的有效粒徑分布二大氣顆粒物的有效粒徑分布 粒徑粒徑： 直徑的大??；直徑的大??；有效直徑有效直徑

13、空氣動力學(xué)直徑空氣動力學(xué)直徑( (D Dp p) )：與所研究粒子有相同終端降落速：與所研究粒子有相同終端降落速 度的、密度為度的、密度為1 g/cm1 g/cm3 3的球體直徑。的球體直徑。 ；球狀時，形狀系數(shù)，當(dāng)粒子為 ）參考密度（ 粒密度；忽略了浮力效應(yīng)的顆 幾何直徑； 0 . 1 ;g/cm1 3 00 p g 0 p gp KK D KDD 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.12.1顆粒物的粒徑分類顆粒物的粒徑分類 總懸浮顆粒物（總懸浮顆粒物（TSPTSP）：）： 用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒 物。粒徑多在物。粒徑多

14、在100 m100 m以下，尤以以下，尤以10 m10 m以下的。以下的。 2.2. 飄塵飄塵： 可在大氣中長期漂浮的懸浮物。其粒徑主要是小于可在大氣中長期漂浮的懸浮物。其粒徑主要是小于10 10 mm的顆粒物。的顆粒物。 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.12.1顆粒物的粒徑分類顆粒物的粒徑分類 3. 3. 降塵降塵： 能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。大于能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。大于10 m10 m的粒子的粒子 由于自身的重力作用會很快沉降下來的部分顆粒物稱由于自身的重力作用會很快沉降下來的部分顆粒物稱 為降塵。為降塵。 4. 4. 可吸入粒子可吸入粒子： 易于通過呼吸過程而進(jìn)入

15、呼吸道的粒子。易于通過呼吸過程而進(jìn)入呼吸道的粒子。D Dp p10 m10 m 的顆粒物。的顆粒物。 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.2大氣顆粒物的三模態(tài)大氣顆粒物的三模態(tài) 愛根核模：愛根核模：Dp0.05Dp0.05mm 積聚模：積聚模： 0.05 0.05 mDp2mDp2Dp2mm Whitby等人概括提出了氣溶膠粒子的三模態(tài)模型 2.3大氣大氣顆粒物的表面性質(zhì)顆粒物的表面性質(zhì) 三種表面性質(zhì)：三種表面性質(zhì)： 成核作用成核作用：過飽和蒸汽在顆粒物表面上：過飽和蒸汽在顆粒物表面上 形成液滴的現(xiàn)象形成液滴的現(xiàn)象 黏合黏合：粒子相互黏合或在固體表面

16、上黏合：粒子相互黏合或在固體表面上黏合 吸著吸著：氣體或蒸汽吸附在顆粒物表面上：氣體或蒸汽吸附在顆粒物表面上 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.4大氣顆粒物的化學(xué)組成大氣顆粒物的化學(xué)組成 離子成分：離子成分：H H2 2SOSO4 4、SOSO4 42- 2-、 、HNOHNO3 3、NONO3 3- - 痕量元素成分：痕量元素成分： 重金屬和稀有金屬重金屬和稀有金屬 有機成分：有機成分： 烷烴、烯烴、芳烴、烷烴、烯烴、芳烴、PAHPAH 2.5大氣顆粒物中的大氣顆粒物中的PM2.5 TSPTSP：總懸浮顆粒物：總懸浮顆粒物 PMPM10 10：可吸入顆粒物， ：可吸入顆粒物，Dp10

17、Dp10mm PMPM2.5 2.5 ：Dp2.5Dp2.5mm 機動車輛是城市機動車輛是城市PM2.5污染的重要來源。污染的重要來源。 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.5大氣顆粒物中的大氣顆粒物中的PM2.5 TSPTSP：總懸浮顆粒物：總懸浮顆粒物 PMPM10 10：可吸入顆粒物， ：可吸入顆粒物，Dp10Dp10mm PMPM2.5 2.5 ：Dp2.5Dp2.5mm 機動車輛是城市機動車輛是城市PM2.5污染的重要來源。污染的重要來源。 第四節(jié)第四節(jié). 大氣顆粒物大氣顆粒物 城市大氣污染城市大氣污染灰霾現(xiàn)象灰霾現(xiàn)象 粵港澳城市群氣候與環(huán)境研討會報告粵港澳城市群氣候與環(huán)境研討

18、會報告 大氣細(xì)粒子強烈富集大氣細(xì)粒子強烈富集POPsPOPs等毒害有機污染物，等毒害有機污染物， 嚴(yán)重危害人群健康嚴(yán)重危害人群健康 灰霾期間灰霾期間 2003.11.1-2003.11.2 0% 5% 10% 15% 20% 25% 18 10 5.6 3.2 1.8 1 0.56 0.32 0.18 0.1 0.056 1818 1010 5.65.6 3.23.2 1.81.8 1 1 0.560.56 0.320.32 0.180.18 0.10.1 0.0560.056 0.0560.056 Cutpoint Particle aerodynamicdiameter(m) Mass Percentage in TSP(%) 灰霾前后氣溶膠粒徑分布變化灰霾前后氣溶膠粒徑分布變化 粵港澳城市群氣候與環(huán)境研討會報告粵港澳城市群氣候與環(huán)境研討會報告 廣州大氣中的灰霾現(xiàn)象廣州大氣中的灰霾現(xiàn)象 一張顯示出2001年至2006年P(guān)M 2.5