環(huán)境化學(xué)PPT課件

1、2021/6/1612021/6/1622021/6/1632021/6/1642021/6/1652021/6/1662021/6/1672021/6/1681 1、對流層、對流層: : 平均厚度12km,赤道19km，兩極8-9km，云雨主要發(fā)生層，夏季厚，冬季薄。特點特點: :（1）氣溫隨高度升高而降低，空氣垂直對流強(qiáng)烈。 （2）空氣密度大。 （3）天氣復(fù)雜多變。 （4）對流層下部湍流。 （5）污染物的遷移轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在這一層。2021/6/1692021/6/1610特點：特點： （1） 空氣基本無對流，平流運動占顯著優(yōu)勢。 （2） 空氣比下層稀薄，水汽、塵埃含量很少，很少有天氣現(xiàn)象，

2、透明度極高。 （3） 在15-35km的范圍內(nèi)（平流層上層），厚度約20km的臭氧層。2 2、平流層、平流層: : 對流層頂?shù)郊s50km的地方2021/6/16112021/6/16123 3、中間層、中間層 從平流層頂?shù)郊s85km的高度。（1 1） 空氣更稀薄空氣更稀?。? 2） 無水分無水分（3 3） 溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低 （-100-100）（4 4） 中間層中上部，氣體分子（中間層中上部，氣體分子（O O2 2、N N2 2）開始電離。）開始電離。 4 4、熱（成）層、熱（成）層 從80km到約800km的地方溫度隨高度增加迅

3、速增高；溫度隨高度增加迅速增高；大氣更為稀薄大氣更為稀薄; ;(1)(1)大部分空氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電大部分空氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電離層，可以反射無線電波離層，可以反射無線電波2021/6/16132021/6/16145 5、逸散層、逸散層 （1） 800km以上高空 （2） 空氣稀薄，密度幾乎與太空相同 （3） 空氣分子受地球引力極小，所以氣體及其微粒可以不斷從該層逃逸出去2021/6/16152021/6/1616干過程：干過程：固定質(zhì)量的氣塊所經(jīng)歷的不發(fā)生水相固定質(zhì)量的氣塊所經(jīng)歷的不發(fā)生水相變化的過程變化的過程1 1、氣團(tuán)運動的絕熱過程氣團(tuán)運動的絕熱過

4、程 空氣移動空氣移動, ,高壓區(qū)高壓區(qū)低壓，膨脹降溫，壓縮升溫。低壓，膨脹降溫，壓縮升溫。 當(dāng)氣團(tuán)在水平方向運動當(dāng)氣團(tuán)在水平方向運動, , 非絕熱過程。非絕熱過程。 當(dāng)氣團(tuán)作垂直升降運動時，近似為絕熱過程。當(dāng)氣團(tuán)作垂直升降運動時，近似為絕熱過程。2021/6/1617高溫暖氣團(tuán)傾向于從地表移動到低壓的高處，氣團(tuán)絕熱膨脹并降溫。若沒有水汽凝結(jié)，冷卻速率為0.98/100m，稱為溫度的干絕熱遞減率干絕熱遞減率（r rd d）。）。 然而，一般氣團(tuán)中都含有水蒸氣，冷凝放潛熱，得到溫度的垂直遞減率溫度的垂直遞減率（r r）,冷卻速率為0.65/100m。 當(dāng)污染源排放的污染剛進(jìn)入大氣環(huán)境的時候，可視為

5、一個絕熱過程。膨脹降溫20壓縮升溫21溫度垂直遞減率，干絕熱遞減率溫度垂直遞減率，干絕熱遞減率2021/6/16182021/6/16192 2、氣團(tuán)運動的絕熱方程、氣團(tuán)運動的絕熱方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：dq=du+dw(qdq=du+dw(q外界加于體系的熱量，外界加于體系的熱量，uu體系內(nèi)能變體系內(nèi)能變化，化，ww體系對外做功體系對外做功) )絕熱過程中：絕熱過程中： 外界加于體系的熱量外界加于體系的熱量dq=0dq=0 體系對外做功體系對外做功dw=pdv(dw=pdv(體系膨脹或壓縮體系膨脹或壓縮) ) 體系內(nèi)能變化體系內(nèi)能變化du=nCdu=nCv vdT(dT(

6、體積不變情況下，內(nèi)能變體積不變情況下，內(nèi)能變化，定容比熱化，定容比熱C Cv v) )2021/6/1620所以：所以：pdv=- nCpdv=- nCv vdT dT （4 4） 又由于又由于pv=nRT,pv=nRT,取全微分得到：取全微分得到：pdv+vdp=nRdT pdv+vdp=nRdT （5 5） 由（由（4 4）和（）和（5 5）可得：）可得：nRdTvdp= pdv=- nCnRdTvdp= pdv=- nCv vdTdT即： = = = 根據(jù)邁耶定律：R+Cv=Cp(定壓比熱，壓力不變情況下，體系 內(nèi)能變化，Jmol-1K-1) 所以：nCvdTdppnRTnRdTdppn

7、RTnCvdTnRdTdppRTCvdTRdTpdpRTdTCvR)(pdpRTdTCp2021/6/1621= = = = =對于空氣對于空氣R=287 JmolR=287 Jmol-1-1K K-1-1 Cp=996.5 Jmol Cp=996.5 Jmol-1-1K K-1-1所以：所以：3 3、干絕熱遞減率、干絕熱遞減率氣團(tuán)干絕熱氣團(tuán)干絕熱升高或降低升高或降低單位距離時，溫度單位距離時，溫度降低或升高降低或升高的數(shù)值，稱為干的數(shù)值，稱為干絕熱遞減率絕熱遞減率: :推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程： r rd d=-=-因為：因為： （干絕熱方程）（干絕熱方程）2121pppTTpdpCRTdT121

8、2lnlnppCRTTppCRppTT1212286. 01212ppTTddzdTpdpCRTdTp2021/6/1622所以所以r rd d=- =- =又因為又因為所以：所以：r rd d= = =又由于又由于p=RTp=RT故故r rd d= = =0.98K/100m= = =0.98K/100m （1N=1kg m s1N=1kg m s-2-2,1J=1N m,1J=1N m）dpdpdzdppCRTdzpdpCRT11gdzdpdpgpCRT1dpCgpRTpCg11221121125 .9968 . 95 .9968 . 95 .9968 . 9KmkgkgmsmsKNmkg

9、msKJkgmsddzdT干絕熱遞減率常數(shù)的推導(dǎo)干絕熱遞減率常數(shù)的推導(dǎo)2021/6/1623大氣穩(wěn)定度：是指大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對穩(wěn)定的程度。根據(jù)大氣垂直遞減率（r）和干絕熱遞減率（rd）的對比關(guān)系，可以確定大氣穩(wěn)定度。穩(wěn)定：氣團(tuán)離開原來位置后有回歸的趨勢（rrd）中性：介于上述兩種情況之間（r=rd）注意其中rd基本為不變常數(shù)0.98k/100m，r則可能變化很大。2021/6/1624解釋解釋： 當(dāng)當(dāng)rrrrd d時，時，氣團(tuán)離開原來位置上升到某一高度時，由于rrd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度大，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會比氣團(tuán)外溫度低

10、，所以氣團(tuán)有回歸趨勢。 當(dāng)當(dāng)r rr rd d時，時，氣團(tuán)離開原來位置上升到某一高度時，由于rrd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度小，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會比氣團(tuán)外溫度高，所以氣團(tuán)有繼續(xù)移動離開趨勢。rrd不穩(wěn)定2021/6/1625由于上述，可見大氣的垂直溫度遞減率越大，則大氣就越不穩(wěn)定，r與rd的關(guān)系可表示為：rd=0.980.00不穩(wěn)定穩(wěn)定中性超穩(wěn)定（逆溫） 一般大氣層越穩(wěn)定，則越不利于污染物的擴(kuò)散 而逆溫則使大氣的溫度變化逆轉(zhuǎn)，隨著高度升高，溫度也升高（r0），這將會使大氣的狀態(tài)更為穩(wěn)定，更加明顯地不利于污染物的擴(kuò)散，所以逆溫成為大氣污染氣象學(xué)中的

11、重要研究內(nèi)容。r2021/6/1626幾種常見典型逆溫的形成幾種常見典型逆溫的形成1 1、輻射逆溫（最常見地面逆溫）、輻射逆溫（最常見地面逆溫）地面輻射出大量的熱量后，溫度過度降低。晴朗無云，無風(fēng)夜晚，沒有云層阻擋，地面輻射喪失大量能量，溫度降低過多，易于形成輻射逆溫（地面冷）；若風(fēng)速在2-3m/s，輻射逆溫不易形成，若風(fēng)速大于6m/s，則可完全阻止輻射逆溫的形成，這是由于風(fēng)帶來氣流運動，使外界較暖氣團(tuán)運動過來后補(bǔ)充了當(dāng)?shù)氐孛孑椛涞臒崃繐p失。太陽太陽 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大氣層：長波大氣層：長波 大氣吸收長波強(qiáng)大氣吸收長波強(qiáng)2021/6/16272021/6/16282021/6

12、/16292021/6/1630 冷、暖氣團(tuán)相遇冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫冷暖間逆溫 暖氣上爬，形成鋒面暖氣上爬，形成鋒面 冷、暖氣團(tuán)相遇冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫冷暖間逆溫 暖氣上爬，形成鋒面暖氣上爬，形成鋒面 冷、暖氣團(tuán)相遇冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫冷暖間逆溫 暖氣上爬，形成鋒面暖氣上爬，形成鋒面2021/6/1631海洋和大陸在白天和夜間的熱力差異，導(dǎo)致的白天和夜間海洋和陸地之間的海洋和大陸在白天和夜間的熱力差異，導(dǎo)致的白天和夜間海洋和陸地之間的風(fēng)向轉(zhuǎn)換。風(fēng)向轉(zhuǎn)換。白天：海風(fēng)，夜晚：陸風(fēng)白天：海風(fēng)，夜晚：陸風(fēng)對污染擴(kuò)散的影響：對污染擴(kuò)散的影響： 白天海風(fēng)吹向陸地，海風(fēng)處于下層，溫度較低，易于形

13、成逆溫。白天海風(fēng)吹向陸地，海風(fēng)處于下層，溫度較低，易于形成逆溫。 夜間陸風(fēng)吹向海洋，陸風(fēng)處于下層，溫度和海洋差別不大，不易形成逆溫夜間陸風(fēng)吹向海洋，陸風(fēng)處于下層，溫度和海洋差別不大，不易形成逆溫易造成污染物往返，海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原隨陸風(fēng)吹向海洋的污染物又會被吹易造成污染物往返，海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原隨陸風(fēng)吹向海洋的污染物又會被吹會陸地。循環(huán)作用，如果污染源處于海路風(fēng)交界處，并處于局地環(huán)流，則污染會陸地。循環(huán)作用，如果污染源處于海路風(fēng)交界處，并處于局地環(huán)流，則污染物很難擴(kuò)散出去，并不斷累積達(dá)到很高的濃度。物很難擴(kuò)散出去，并不斷累積達(dá)到很高的濃度。1 1、海陸風(fēng)、海陸風(fēng) 2021/6/16322 2、

14、城郊風(fēng)、城郊風(fēng)主要動力是城市熱島效應(yīng)造成的城市空氣從上層流向郊區(qū)，郊區(qū)溫度較低的空氣從下部流向城市，形成城市和郊區(qū)間的大氣局地環(huán)流。使得污染物在城區(qū)很難擴(kuò)散出去，形成城市煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。郊區(qū)城市郊區(qū)3 3、山谷風(fēng)、山谷風(fēng)白天：山坡升溫快，山坡氣流快速上升，空氣由谷底補(bǔ)充山坡白天：山坡升溫快，山坡氣流快速上升，空氣由谷底補(bǔ)充山坡谷風(fēng)谷風(fēng)夜間：山坡降溫快，山坡冷空氣流向谷底夜間：山坡降溫快，山坡冷空氣流向谷底山風(fēng)山風(fēng)處于山谷地區(qū)的污染源很難擴(kuò)散，早期一些大氣污染事件都發(fā)生在山區(qū)，處于山谷地區(qū)的污染源很難擴(kuò)散，早期一些大氣污染事件都發(fā)生在山區(qū)，馬斯河谷煙霧事件。如今人們認(rèn)識到這一常識，山區(qū)成為旅游勝地，而不馬斯河谷煙霧事件。如今人們認(rèn)識到這一常識，山區(qū)成為旅游勝地，而不再是建造工業(yè)企業(yè)的勝地。再是建造工業(yè)企業(yè)的勝地。2021/6/16331 1、何謂大氣的溫度層結(jié)？簡述大氣垂直分層中各層次的主要特征？、何謂大氣的溫度層結(jié)？簡述大氣垂直分層中各層次的主要特征？2 2、何謂逆溫？逆溫的幾種主要類型及其成因？逆溫對污染物擴(kuò)散有、何謂逆溫？逆溫的幾種主要類型及其成因？逆溫對污染物擴(kuò)散有什么影響？什么影響？3 3、何謂大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率？如何用它們的相互關(guān)、何謂大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率？如何用它們的相互關(guān)系判斷大氣穩(wěn)定度？系判斷大氣穩(wěn)定度？4