第三章大氣環境重慶三峽學院重點課程:環境學概論我們離不開大氣

，如同魚兒離不開水。目

錄第一節、大氣概述〔成分、分層、邊界層〕第二節、大氣污染〔源、物、類型、危害〕第三節、大氣污染控制〔四個對策〕第四節、全球大氣環境問題一、大氣的成分1、N2、O2等氣體3、冰晶和固體微粒〔如塵埃、花粉〕2、水滴〔如云滴、霧滴〕沒有水汽和懸浮物的空氣稱為干潔空氣第一節

大氣概述高度〔km〕二、大氣的分層每升高100m降低0.65℃

N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等氣體的原子態越多紫外線的強烈照射，N2和O2產生不同程度的離解下面給大家介紹一些與環境問題有關的大氣成分二氧化碳：來源：呼吸作用，有機體的燃燒與分解。現狀：在大氣中的含量有增加的趨勢。影響：強烈吸收地面的長波輻射，

引起溫室效應的加劇。臭氧：來源：高空通過光化作用，低空通過閃電

或有機物氧化及高空傳輸。作用：能大量吸收太陽紫外線，使地面生

物免受過量紫外線的灼傷。分布：自然大氣中含量很少。隨高度分布

不均勻，也隨緯度和時間而異。水汽：來源：海洋和地面蒸發與植物蒸騰。分布：隨時間、地點變化很大。在鉛直

方向，一般隨高度增加而減少。影響：形成云、霧、雨、雪等大氣現象。

對生物的生長和發育有重要影響。微粒：種類：固體微粒與液體微粒。影響：影響太陽輻射傳輸，使能見度

變低，有的能起凝結核的作用。大氣邊界層：在對流層下部靠近下墊面的公里范圍內的薄層大氣。由于貼近地面，空氣運動受到地面摩擦作用影響，又稱摩擦層。大氣邊界層的主要特征：湍流運動、風、溫度的垂直分布第二節

大氣污染大氣污染的定義起源于對有害影響的觀察，即假設大氣污染物到達一定濃度，并持續足夠的時間，到達對公眾健康、動植物、材料、大氣特性或環境美學產生可以測量的影響，就是大氣污染。這種定義方法在很大程度上是基于傳統的公害概念，現在又有新的延伸。例如，大量能量〔如熱能〕釋放進入大氣引起不良影響，人類活動導致大氣中某些組分變化產生的危害等也歸入了大氣污染的范疇。一、大氣污染源及污染物污染源天然源：自然界自行向大氣環境排放污染物的污染源。人為源：人類的生產活動和生活活動所形成的污染源。火山雷電造成的森林大火燃煤汽車空調大氣污染物：由于人類活動或自然過程排入大氣，并對人和環境產生有害影響的物質。按來源，分為一次污染物和二次污染物直接由污染源排放的污染物進入大氣的一次污染物之間或與正常大氣組分發生反響，以及在太陽輻射下引起光化學反響而產生的新的污染物，它常比一次污染物對環境和人體的危害更為嚴重。按存在狀態，分為顆粒物和氣態污染物常表示為總懸浮微粒物〔TSP〕、飄塵和降塵。主要有一次污染物：SO2、H2S

、NO、NH3

、CO、CO2

、HF、HCl

、C1—C12化合物

。二次污染物：SO3、H2SO4、MSO4

、NO2、MNO3

、醛類、酮類、酸類。

其粒徑絕大多數在100μm以下，其中多數在10μm以下。它是分散在大氣中的各種粒子的總稱，也是目前大氣質量評價中的一個通用的重要污染指標。

飄塵指可在大氣中長期飄浮的懸浮物，分為PM10〔粒徑<10μm〕和PM2.5〔粒徑<2.5μm〕。PM10可以通過呼吸道進入人體，從而對人體健康產生危害，PM2.5的危害那么更為嚴重。降塵是指用降塵罐采集到的大氣顆粒物,一般直徑大于30μm，由于其自身的重力作用會很快沉降下來。單位面積的降塵量可作為評價大氣污染物程度的指標之一。〔一〕煤煙型污染主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和微粒物質，它們遇上低溫、高濕的陰天，且風速很小并伴有逆溫存在的情況時，一次污染物擴散受阻，易在低空聚積，生成復原型煙霧。倫敦煙霧事件二、幾種典型的大氣污染1952年12月5－8日，一場災難降臨了英國倫敦。地處泰晤士河河谷地帶的倫敦城市上空處于高壓中心，一連幾日無風，風速表讀數為零。大霧籠罩著倫敦城，又值城市冬季大量燃煤，排放的煤煙粉塵在無風狀態下蓄積木散，煙和濕氣積聚在大氣層中，致使城市上空連續四五天煙霧彌漫，能見度極低。在這種氣候條件下，飛機被迫取消航班，汽車即便白天行駛也須翻開車燈，行人走路都極為困難，只能沿著人行道摸索前行。4天時間，死亡人數達4000多人。就連當時舉辦的一場盛大的得獎牛展覽中的350頭牛也慘遭劫難。一頭牛當場死亡，52頭嚴重中毒，其中14頭奄奄待斃。2個月后，又有8O00多人陸續喪生。這就是駭人聽聞的“倫敦煙霧事件〞。冬季取暖燃煤和工業排放的煙霧是元兇，逆溫層現象是幫兇。倫敦上空大氣中煙塵濃度比平時高10倍，二氧化硫的濃度是以往的6倍，整個倫敦城猶如一個令人窒息的毒氣室一樣。

〔二〕交通型污染污染源主要是機動車〔汽油車和柴油車〕和機動船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相對濕度較低的夏季睛天，交通污染嚴重的地區可能會出現典型的二次污染——光化學煙霧。它對人體、動植物、材料均會產生破壞作用，并且嚴重影響大氣能見度。洛杉磯光化學煙霧１９５５年９月的一天，洛杉磯的氣溫很高，空氣污染嚴重，城市上空煙霧濃濃，大氣能見度極低，但陽光充足，一點風也沒有。在強烈的陽光照射下，一種淡藍色的奇異的煙霧在人們四周飄移，許多人感到眼睛疼痛、頭痛頭暈、呼吸困難，短短兩就有４００多位老人死亡，這個死亡數字比平時高３倍多。這就是世界上有名的洛杉磯光化學煙霧事件。那么，這次事件是什么原因造成的呢？

原來，大量的汽車尾氣被排放到大氣中，尾氣中的碳氫化物和氮氧化物久久彌漫在洛杉磯上空，經陽光照射發生光化學分解，產生活性很高的游離性離子氧。這種游離性離子氧可以與空氣中的氧分子結合，生成臭氧分子。臭氧分子具有一定的氧化性，可以將汽車尾氣中的炭氫化物氧化成甲醛、丙烯醛、酮類、過氧酰基硝酸酯等化學物質，這些物質在光的照射下呈現淡藍色，并具有強烈刺激性，可以引起人類中毒，甚至死亡。洛杉磯市的人們就是吸入了這些有害物質，才出現前面提到的病癥。

由于這種淡藍色的煙霧是通過光化學反響而產生的，所以稱為光化學煙霧。又由于這次事件是發生在洛杉磯市，所以稱為洛杉磯光化學煙霧事件。酸

雨〔三〕酸沉降污染它是指大氣中的酸通過降水〔如雨、霧、雪〕遷移到地表，或在含酸氣團氣流的作用下直接遷移到地表。引起酸沉降的主要物質是人為和天然排放的SOX〔SO2和SO3〕和NOX〔NO和NO2〕，其天然源一般是全球分布的，而人為排放的SOX和NOX那么具有地區性分布的特點。〔一〕大氣污染對人體健康的危害〔二〕大氣污染對植物的危害〔三〕大氣污染對材料的危害〔四〕大氣污染對大氣環境的危害三、大氣污染的危害〔一〕大氣污染對人體健康的危害A、呼吸道吸入；B、隨食物和飲水攝入；C、體表接觸侵入。1、大氣顆粒物4、氮氧化物5、光化學氧化劑3、一氧化碳2、二氧化硫顆粒物的大小決定其沉積于呼吸道中的位置；化學組成決定沉積位置上對組織的影響。損害肝臟。且由于SO2通常與多種污染物共存，吸入之后產生的復合作用危害更大。NO2對呼吸器官有刺激性，可引起肺水腫、慢性支氣管炎等疾病，假設與SO2共存，那么危害更重。所有大氣污染物中散布最廣的一種，嚴重阻礙血液輸氧，引起缺氧中毒。臭氧：對鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，運動時吸入那么更嚴重。〔二〕大氣污染對植物的危害損害植物酶的功能組織；影響植物新陳代謝的功能；破壞原生質的完整性和細胞膜。此外，還會損害根系生長及其功能；減弱輸送作用與導致生物產量減少。〔三〕大氣污染對材料的危害大氣污染可使建筑物、橋梁、文物古跡和暴露在空氣中的金屬制品及皮革、紡織等物品發生性質的變化，造成直接和間接的經濟損失。經歷了60年，德國的這座雕像已經徹底被酸雨毀壞了。〔四〕大氣污染對大氣環境的危害大氣污染會導致降水的增加或減少，它對降水化學的影響表現在酸性化合物的輸入，即出現酸雨。大氣污染還會產生全球性的影響：大氣中CO2等溫室氣體濃度增加導致的全球變暖、人們大量生產氟氯烴化合物等導致的臭氧層耗竭等。室內空氣污染污染原因：建筑材料及裝潢材料、涂料中有害物質的揮發、人們不健康的生活習慣。苯、甲醛、氡多開窗換氣，戒煙，正確使用家庭化學劑，增加戶外活動，擺放室內花卉植物第三節大氣污染現狀1、大氣環境問題的開展歷程

70年代

80年代

90年代煙塵TSP SO2

酸雨NOx

光化學煙霧

SO2 TSP SO2

酸雨

TSPPM10

PM2.5

顆粒物：TSP總懸浮顆粒物

PM10可吸入粒子

PM2.5細顆粒物，細粒子國外同領域開展現狀TSP 已解決SO2 根本解決NOX和光化學煙霧 局部解決PM10，PM2.5 剛提上日程

UnderUrbanization

人口增長populationgrowth能源消費增加energyconsumptionincrease機動車motorvehicles燃煤coalcombustion復合空氣污染complexairpollution

PhotochemicalsmogAcidRainPoorVisibility(FineParticles)中國經濟高速開展進程

EconomicGrowthinChina(1985-1999)全國人均GDP1981：489元2001：7543元

15.4倍城市化1985-2001城市數量324-662個〔667〕 城鎮人口2.5億-4.8億 人口比重23.7%-37.7%根底設施滯后于城市化進程據聯合國開發方案署(UNDP)1999年《人類開展報告》 174個國家和地區：中國排名98 按世界地區排列： 上海25位 北京27 天津30 西藏147 貴州137 青海135城市化快速開展中國城市人口變化與他國之比較(1980-1995)

UrbanPopulationChangeinChina2000年世界城市化水平達48%，開展中國家占60%1980年以來機動車增長情況(年)X10,000,萬輛,1988-2000年北京市私人小客車保有量〔年〕〔萬輛〕2.01.4復合型污染 不是簡單疊加

大城市當前大氣污染的特征煤燃燒汽車尾氣揚塵等++例：大氣氣溶膠與氧化性大氣氧化劑(O3,OH)SO2等細粒子HC、NOx尾氣、工業、燃煤hv

具體表現為：二次污染加重

#大氣氧化性增強----臭氧增高

#

細粒子污染嚴重，能見度降低

#酸雨的污染難以減輕當前城市大氣污染的特征復合型大氣污染以城市為中心呈區域性大氣氧化性增強—夏季出現光化學煙霧現象能見度降低

I

光化學煙霧

大氣臭氧TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市復合型大氣污染的特點低平流層Lowertroposphere氮氧化物+碳氫化合物+陽光=臭氧+各種氧化劑+顆粒物NOx+VOC+light=O3+Oxidants+Aerosol臭氧的環境作用EnvironmentalFunctionofOzone氮氧化物NOx碳氫化合物Hydrocarbon臭氧O3+OH自由基OHradical二氧化硫SO2氮氧化物NOx硫酸、硫酸鹽Sulfuricacidandsulfate硝酸、硝酸鹽Nitricacidandnitrate細顆粒物Aerosol有機物VOC酸雨臭氧對人體健康的影響

短暫暴露：

引起咳嗽，喉部枯燥，胸痛，粘膜分泌增加，疲乏，惡心等

長期暴露：

可把瞬間影響逐漸積累

嚴重暴露：

明顯損傷肺功能，影響呼吸道結構，引起炎癥，改變透氣率

WHO推薦基準：

1小時暴露150-200微克/米3

8小時暴露100-120微克/米3

兒童出現影響的最低濃度140微克/米3

與酸性氣溶膠〔細顆粒物〕結合有增效作用。臭氧對植物的影響

O3是最重要的毒害植物的污染物：影響細胞滲透性；降低光和作用對根部的的營養供給影響根系向上部輸送水分、營養O3長期危害：可能導致某些地區高產作物消失，甚至使遺傳根底也隨之消失。O3對糧食產量影響：歐洲減產1-10%〔空氣污染〕；美國減產12-13%〔光化學氧化劑〕，經濟損失達19-43億美元；開展中國家不明臭氧對材料的影響染料與繪畫褪色橡膠脆裂北京市中關村大氣O3濃度日變化標準：100ppb200微克/M3ppb小時Mainwind

郊區上風向upwindsuburb城區urbanarea郊區下風向downwindsuburb北京市監測站O3濃度水平

〔2000，6，21-7，3〕上海市〔上圖〕和廣州市〔以下圖〕

大氣臭氧污染狀況佘山，1999新墾，2000我國開展顆粒物研究的歷程TSP總懸浮顆粒物PM10可吸入粒子PM2.5細顆粒物70年代80年代初90年代后期全國局部城市個別城市

北京等47個城市測定并日報青島，廣州、北京等TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市復合型大氣污染的特點

II大氣顆粒物可吸入粒子PM10

細顆粒物PM2.5大氣顆粒物〔氣溶膠〕大氣中含有大量氣溶膠粒子〔顆粒物〕 可高達107——108粒子/cm3粒徑大小可覆蓋四個量級， 幾個納米〔nm)到100微米(m)一個10m粒子的質量等于100萬個10nm粒子質量之和0.01m的粒子約含有104個分子 1m的粒子約含有1010個分子大氣氣溶膠〔顆粒物〕的粒徑分布02468100.010.1110100ParticleAerodynamicDiameter(um)RelativeConcentrationAccumulationCoarsePM10PM2.5TSPPM0.1FugitiveDust,PollenSulfate,Nitrate,Ammonium,Organic&ElementalCarbon,HeavyMetals,ClaysCarbonUltrafineCondensationDropletINHALATIONPROPERTIES城市氣溶膠〔顆粒物〕城市氣溶膠是：

工業、交通、電力、其他生產和生活活動以及天然源排放的一次粒子和

由氣體向顆粒物轉化而生成的二次粒子 混合物數濃度：

1m的粒子最多質量濃度：一般有兩個峰，1m和1-10m之間大氣氣溶膠的類型類型數濃度（cm-3)PM1(gm-3)PM10(gm-3)城市105-4x10630-150100-300鄉村2000–10,0002.5-810-40偏僻地區50–10,0000.5–2.52-10大氣氣溶膠粒徑大小決定了粒子 在大氣中的壽命 在大氣中的物理行為粒徑大小和化學組成反映了粒子來源、成因 決定了對人體健康和對環境的影響PM10

和PM2.5的異同細粒子（PM2.5)粗粒子(PM10)來源燃料燃燒工業和土壤塵的再揚起冶金、造紙等工業農田、裸露地面的揚塵NO、SO3、VOC的氣-粒轉化建筑塵生物質燃燒生物源道路碾磨細揚塵海洋源形成途徑化學反應機械粉碎成核、凝結、冷凝、成云過程塵的懸浮PM10

和PM2.5的異同PM2.5PM10組成硫酸鹽、硝酸鹽、銨懸浮塵氫離子煤、油的飛灰元素碳（EC）有機物（OC）地殼元素（Fe,Al,Ti,Si)的氧化物水CaCO3,Nacl金屬（Pb,Cd,V,Ni,Cu,Zn,Mn,Fe,等）花粉、孢子、動植物碎片、輪胎磨損碎片等大氣壽命幾日至幾周幾分至幾日輸送距離幾百至幾千公里小于幾十公里PM2.5的環境行為及效應光的散射和吸收降低大氣能見度 云凝結核 致酸物質干沉降 危害生態系統遠距離輸送 區域性酸沉降 區域及全球氣候變化污染物載體 攜帶有害有毒污染物進入呼吸道 影響人體健康化學反響床 多相化學反響世界城市TSP水平

城近郊區PM10年均值〔微克/立方米〕年199920002001年均值170162165PM10國家空氣質量年均值至二級標準100微克/立方米

1997年美國制定新大氣質量標準

PM2.5

年平均 15g/M3

日平均 65g/M3PM2.5particleinBeijingin1999我國城市中PM2.5andPM10的水平

中國主要城市PM2.5/PM10的比值及與國外的比較看不見藍天大氣能見度PM2.5PM2.5:30mg/m3工業革命前的修復圖PM2.5andPM10

與能見度的關系AirPollution&Health中國呼吸道系統發病率很高慢性肺部疾病如肺氣腫、慢性支氣管炎等是主要導致死亡的疾病之一，死亡率為其他開展中國家的二倍以上。據初步估計，如空氣質量能夠到達國家二級標準，每年能防止約178,000例過早死亡.

—Clearwater,BlueSkies:China’sEnvironmentintheNewCentury—THEWORLDBANK19971999年12月28，29日的SeaWIFS的衛星遙感真色圖片。霾籠罩了亞洲大局部地區，其中污染最嚴重的是印度北部和中國東部3。亞洲棕色云是INDOEX的最重要發現：重要性至少等同于臭氧層損耗高濃度的細粒子組成，成分主要是碳黑，硫酸鹽，硝酸鹽，有機顆粒，飛灰，和礦物顆粒，同時霾層中還含有明顯的二氧化硫，一氧化碳和各種有機氣體化合物等等，這說明上述污染物主要來源于生物質燃燒和工業排放等人為污染TheFeaturesofComplexAirpollutioninUrbanAreas

城市復合型大氣污染的特點

III一定氣象條件下，城市污染呈區域性

Regionaldimensionofurbanpollutionundercertainmeteorologicalcondition

廣州地區NOx和O3白天平均濃度地域分布

ThespatialdistributionofNOxandO3daytimeaverageconcentrationin1998SNJune30-July7October11-20模擬系統框架氣象場模擬空氣質量模擬源排放處理

2000年7月1日的臭氧區域分布特征

7月1日14點7月1日18點北京城八區氣溶膠的分布特征〔6月26日12點〕

PM10OC

PSO4PNO3SO2,NO2(NOx)

O3

PM10，PM2.5

能見度

氣態污染物SO2,NO2(NOx)，PM2.5-10

一次污染物二次污染物顆粒物O3PM2.5SO4,NO3第四節

大氣污染控制無論是大氣污染源、污染物、污染類型還是大氣污染的危害，都具有多樣性。多種手段五律協同清潔能源綠色交通末端治理環境自凈清潔能源包括常規能源的清潔利用；可再生能源的利用；新能源的開發；各種節能技術等世界一次能源替代趨勢清潔能源的典型案例1、潔凈煤技術

潔凈煤技術是指從煤炭開發利用的全過程中，旨在減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉化及污染控制等新技術，主要包括煤炭洗選、加工、轉化、先進發電技術、煙氣凈化等方面的內容。清潔能源的典型案例2、西氣東輸清潔能源的典型案例3、西電東送它有南、中、北三大通道。一是將烏江、瀾滄江、紅河水的水電資源，以及黔、滇兩省坑口火電廠的電能開發出來送往廣東；二是將長江三峽和金沙江干支流水電送往華東地區；三是將黃河上游水電和山西、內蒙古坑口火電送往京、津、唐地區。它是從根本上實現全國能源資源優化配置的關鍵性工程，是一項東西部“雙贏〞的戰略。綠色交通我國一些主要城市的大氣污染類型正在由煤煙型向交通型轉化，汽車尾氣排放已成為城市重要污染源。合理的交通規劃、開展清潔汽車綠色交通的典型案例1、上海的新世紀交通藍圖加快軌道交通建設：形成地鐵、城市輕軌、新型有軌電車等多種方式組成的軌道交通網絡體系。建設約650公里的高速公路網路：實現15分鐘上網、30分鐘互通、60分鐘抵達的“15、30、60〞目標。公交優先：大力開展軌道交通，優化調整地面交通，適度開展小汽車，限制摩托車，逐步替換助動車。綠色交通的典型案例2、電動汽車電動汽車是全部或局部由電能驅動電機作為動力系統的汽車，包括純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池汽車三種類型。經過多年的探索與努力，我國電動汽車電池、電機、電控三大關鍵技術相繼取得突破。業內專家普遍認為，我國電動汽車技術群體性突破的時期已經到來，電動汽車將迅速大規模進入市場。末端治理推行清潔能源與綠色交通從源頭上減少了大氣污染的產生。對于已經產生的污染，那么需進行末端治理。除塵、脫硫氮氧化物的治理技術、氟化物的治理技術環境自凈污染物經過末端治理到達排放標準后被排入大氣，但此時它們的濃度一般要高于環境空氣質量標準，要使其進一步達標將要依靠環境的自凈作用。利用氣象規律稀釋污染物、加強綠化環境自凈的典型案例城市綠化城市綠化的實施需要五律協同自然：植物配植的適地適樹原那么技術：園藝人員要有相當的專業知識與技術環境：城市綠化應兼顧和諧與無污染經濟：建立一套完善的市場機制保證其正常運行社會：城市廣場是社會規律在特定時期的一種表現形式第五節

全球大氣環境變化全球變暖臭氧層破壞全球變暖原因：溫室效應的加劇溫室效應：太陽發出的短波輻射透過大氣層到達地面，使地表溫度上升，發出長波輻射，大氣中的溫室氣體對短波吸收很弱，而對長波輻射吸收很強。因此地表從太陽輻射獲得的熱量相對多，而散失到大氣層以外的熱量相對少，地球外表的溫度得以維持，這就是大氣的溫室效應。溫室氣體：

二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、

CFC11、CFC12、四氯化碳、一氧化碳1、海平面上升：低地被淹，海岸被沖蝕，排洪不暢，

土地鹽漬化，海水倒灌等。2、對動植物的影響：一些地區某些物種將會消失，而有些那么從氣候變暖中得到益處。3、對農業的影響：世界糧食