大氣中污染物的遷移課件

模塊二大氣環(huán)境化學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握：大氣污染物發(fā)生的遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程；污染物參與程和機(jī)理了解：大氣的層結(jié)結(jié)構(gòu)、大氣污染物及大氣運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律；描述大氣污染的數(shù)學(xué)模式；酸雨、溫室效應(yīng)及臭氧層破壞主要內(nèi)容工業(yè)城市污染案例及分析大氣污染物室內(nèi)環(huán)境污染物

第二節(jié)大氣中污染物的遷移污染物在大氣中的遷移是指由污染源排放出來(lái)的污染物由于空氣的運(yùn)動(dòng)使其傳輸和分散的過(guò)程。遷移過(guò)程可使污染物濃度降低。大氣圈中空氣的運(yùn)動(dòng)主要是由于溫度差異引起的。本節(jié)要點(diǎn)輻射逆溫層氣塊的絕熱過(guò)程和干絕熱遞減率大氣穩(wěn)定度影響大氣污染物遷移的因素★

在對(duì)流層中，氣溫一般是隨高度增加而降低。但在一定條件下會(huì)出現(xiàn)反?，F(xiàn)象?！锎髿獯怪边f減率：隨高度升高氣溫的降低率，通常用下式表示：

Г=-dT/dz式中：T：絕對(duì)溫度，K；z：高度。在對(duì)流層中，平均dT/dz<0且Г＝0.6K/100m。大氣的溫度層結(jié)對(duì)流層中，正常Г＞01輻射逆溫層這可由Г的變化情況來(lái)判斷。當(dāng)Г＝0時(shí)，稱為等溫氣層；當(dāng)Г<0時(shí)，稱為逆溫氣層。例如：在山區(qū)，山峰上方，日光照射，上面的空氣熱，下面冷，就形成逆溫層。逆溫現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在較低氣層中，這種氣層穩(wěn)定性特強(qiáng)，對(duì)于大氣中垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展起著阻礙作用，不利于污染物的擴(kuò)散。

逆溫層的形成原因主要有以下幾種：一是地面輻射冷卻；二是空氣平流冷卻；三是空氣下沉增溫；四是空氣的亂流混合；五是鋒面上形成的逆溫。按形成的原因不同，將逆溫層可分為輻射逆溫層、平流逆溫層、下沉逆溫層、鋒面逆溫層和亂流逆溫層。

夜晚，地面向大氣輻射白天吸收的熱量而逐漸冷卻，近地面的氣溫隨之降低。離地愈近，氣溫冷卻愈快，離地愈遠(yuǎn)的空氣受地面影響愈弱，降溫愈慢，形成自地面開(kāi)始的輻射逆溫。輻射逆溫隨著地面的冷卻逐漸向上擴(kuò)展，到日出前逆溫充分發(fā)展。日出后，地面吸收太陽(yáng)的輻射逐漸升溫，逆溫層又逐漸自下而上消失。到上午九點(diǎn)鐘左右，逆溫全部消失。出現(xiàn)逆溫時(shí)，好像一個(gè)蓋子阻礙它下面的污染物質(zhì)擴(kuò)散，對(duì)大氣污染擴(kuò)散影響極大，因此許多大氣污染事件都發(fā)生在具有逆溫層與靜風(fēng)的氣象條件下。

當(dāng)一團(tuán)干空氣或未飽和的濕空氣與外界沒(méi)有任何熱量交換，做升降運(yùn)動(dòng)，且氣塊內(nèi)沒(méi)有任何水相變化時(shí)的溫度變化過(guò)程叫干絕熱過(guò)程?！?氣塊的絕熱過(guò)程和干絕熱遞減率T1、T2：分別為絕熱過(guò)程起始和終結(jié)的溫度；P1、P2：分別為絕熱過(guò)程起始和終結(jié)的壓力；A：功熱當(dāng)量；Rd：干熱過(guò)程的狀態(tài)常數(shù)；Cpd：干空氣的定壓比熱；0.286稱為泊松常數(shù)。

泊松方程T2＝T0-Гd（Z-Z0）式中：（Z-Z0）—上升高度差；

T2--干空氣達(dá)到高度Z的溫度；

T0——起始高度Z0處的溫度。利用干絕熱遞減率，對(duì)于上升的空氣得到：注意：原因：氣溫垂直遞減率是大氣溫度隨著距離地面越來(lái)越遠(yuǎn)得到的熱量越來(lái)越少。1℃/100m異同干絕熱垂直遞減率氣溫垂直遞減率干絕熱垂直遞減率是干空氣在絕熱上升或絕熱下降運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于做功氣塊本身的溫度變化★

3大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度對(duì)污染物在大氣中的擴(kuò)散有很大影響。大氣越不穩(wěn)定，污染物的擴(kuò)散速率就越快；反之，則越慢。

一團(tuán)空氣受到某種外力作用而產(chǎn)生上升或者下降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)消除外力，此后氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)可能出現(xiàn)三種情況：①氣團(tuán)仍然繼續(xù)加速向前運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的大氣稱為不穩(wěn)定大氣；②氣團(tuán)不加速也不減速而作勻速運(yùn)動(dòng)，或趨向停留在外力去除時(shí)所處的位置，這時(shí)的大氣稱為中性大氣；③氣團(tuán)逐漸減速并有返回原先高度的趨勢(shì)，這時(shí)的大氣稱為穩(wěn)定大氣。判斷方法：若Г＜Гd表明大氣是穩(wěn)定的；

若Г＞Гd表明大氣是不穩(wěn)定的；

若Г＝Гd表明大氣處于平衡狀態(tài)。24oC24oC25oC25oC26oC26oCгd=г24oC24.2oC25oC25oC26oC25.8oC24oC25oC25oC26oC26.2oC0.8=г<гd=1г=1.2

>(гd=1)返回原地—穩(wěn)定300m200m100m遠(yuǎn)離原地平衡狀態(tài)23.8oCABC空氣的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，如風(fēng)和湍流大氣穩(wěn)定度天氣形勢(shì)和地理地勢(shì)造成的逆溫現(xiàn)象污染源本身的特性★4

影響大氣污染物遷移的因素污染物在大氣中的擴(kuò)散取決于三個(gè)因素：①風(fēng)可使污染物向下風(fēng)向擴(kuò)散；②湍流可使污染物向各方向擴(kuò)散；③濃度梯度可使污染物發(fā)生質(zhì)量擴(kuò)散。其中風(fēng)和湍流起主導(dǎo)作用。1）風(fēng)和大氣湍流的影響（a）為無(wú)湍流時(shí)，煙團(tuán)僅僅依靠分子擴(kuò)散使煙團(tuán)長(zhǎng)大，煙團(tuán)的擴(kuò)散速率非常緩慢，其擴(kuò)散速率比湍流擴(kuò)散小5～6個(gè)數(shù)量級(jí)；（b）為煙團(tuán)在遠(yuǎn)小于其尺度的湍渦中擴(kuò)散，由于煙團(tuán)邊緣受到小湍渦的擾動(dòng)，逐漸與周邊空氣混合而緩慢膨脹，濃度逐漸降低，煙流幾乎呈直線向下風(fēng)運(yùn)動(dòng)；

（c）為煙團(tuán)在與其尺度接近的湍渦中擴(kuò)散，在湍渦的切入卷出作用下煙團(tuán)被迅速撕裂，大幅度變形，橫截面快速膨脹，因而擴(kuò)散較快，煙流呈小擺幅曲線向下風(fēng)運(yùn)動(dòng)；（d）為煙團(tuán)在遠(yuǎn)大于其尺度的湍渦中擴(kuò)散，煙團(tuán)受大湍渦的卷吸擾動(dòng)影響較弱，其本身膨脹有限，煙團(tuán)在大湍渦的夾帶下作較大擺幅的蛇形曲線運(yùn)動(dòng)?！?）大氣穩(wěn)定度的影響

大氣穩(wěn)定度隨著氣溫層結(jié)的分布而變化，是直接影響大氣污染物擴(kuò)散的極重要因素。大氣越不穩(wěn)定，污染物的擴(kuò)散速率就越快；反之，則越慢。

當(dāng)近地面的大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，由于上部氣溫低而密度大，下部氣溫高而密度小，兩者之間形成的密度差導(dǎo)致空氣在豎直方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流，使得煙流迅速擴(kuò)散。大氣處于逆溫層結(jié)的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，將抑制空氣的上下擴(kuò)散，使得排向大氣的各種污染物質(zhì)因此而在局部地區(qū)大量聚積。當(dāng)污染物的濃度增大到一定程度并在局部地區(qū)停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，就可能造成大氣污染。

天氣形勢(shì)是指大范圍氣壓分布的狀況，局部地區(qū)的氣象條件總是受天氣形勢(shì)的影響。不利的天氣形勢(shì)和地形特征結(jié)合在一起可使某一地區(qū)的污染程度加重。3）天氣形勢(shì)和地理地勢(shì)的影響（1）海陸風(fēng)

白天，陸地升溫快，近地層陸地上空的氣溫高，空氣密度小而上升，因此產(chǎn)生水平氣壓梯度，低層氣壓低于海上，于是下層空氣從海面上流向陸地，稱為海風(fēng)；而陸地高層空間的氣壓高于海上，氣流由陸地流向海洋，從而在這一區(qū)域形成空氣的閉合環(huán)流。夜間，陸地溫降又比海洋快，近地氣層的氣溫低于海面上的氣溫，形成了高于海面上的氣壓，于是下層空氣從陸地流向海上，稱為陸風(fēng)，并與高空的逆向氣流形成閉合環(huán)流。海陸風(fēng)對(duì)空氣污染的影響①循環(huán)作用如果污染源處于居地環(huán)流之中，污染物就可能循環(huán)累積達(dá)到較高的濃度。直接排入上層反向氣流的污染物，有一部分也會(huì)隨環(huán)流重新帶回地面，提高了下層上風(fēng)向的濃度；②往返作用在海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原來(lái)隨陸風(fēng)輸向海洋的污染物又會(huì)被發(fā)展起來(lái)的海風(fēng)帶回陸地。海風(fēng)發(fā)展侵入陸地時(shí)，下層海風(fēng)的溫度低，陸地上層氣流的溫度高，在冷暖空氣的交界面上，形成一層傾斜的逆溫頂蓋，阻礙了煙氣向上擴(kuò)散，造成封閉性和漫煙型污染。城市熱島上暖而輕的空氣上升，四周郊區(qū)的冷空氣向城市流動(dòng)，于是形成城郊環(huán)流。在這種環(huán)流作用下，城市本身排放的煙塵等污染物聚積在城市上空，形成煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。（2）城郊風(fēng)市區(qū)郊區(qū)郊區(qū)AABB

白天受熱的山坡把熱量傳遞給其上面的空氣，這部分空氣比同高度的谷中空氣溫度高，比重輕，于是就產(chǎn)生上升氣流。同時(shí)谷底中的冷空氣沿坡爬升補(bǔ)充，形成由谷底流向山坡的氣流稱為谷風(fēng)。

夜間山坡上的空