中科大大气环境化学课件01大气环境.ppt

*大气环境化学1.研究对象：天然和人为活动产生的大气中重要的活性物质，包括大气、降水中的。活性是指：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、O3、PAN等。2.研究范围：对流层和平流层，50~55km；上层大气稀薄，影响小，划归高空大气物理。3.研究空间尺度：大、中、小尺度，化学反应与输送过程相联系，全球、区域、局部。4.主要特点：与光化学密切相关，光辐射异相反应，气体≒粒子化学过程主要是动力学问题，非热力学平衡问题应用微量和痕量分析技术气象学、大气物理相关联1.大气环境1.1大气环境的结构1.2大气的组分1.2.1大气的化学组成1.2.2大气组成的性质1.2.2.1大气组分动态平衡的盒子模式1.2.2.2气体循环1.2.2.3大气组分的停留时间1.2.3大气组成的分类1.3大气-地球的能量平衡1.3.1太阳辐射光谱和太阳常数1.3.2大气对太阳辐射的削弱作用1.3.3地面辐射和大气逆辐射大气是指包围在地球表面并随着地球旋转的空气层。大气也称为大气圈或大气层。大气是地球上一切生命赖以生存的气体环境。大气层的重要性还在于：（1）它吸收了来自太阳和宇宙空间的大部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；（2）大气也是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造了一个适宜的温度环境。地表大气平均压力1个大气压，相当于1cm2地表上承受的空气柱的质量为1034g。地球总表面积为5.1?108km2。大气质量随高度的分布极不均匀，主要集中在下部。大气层没有明确的边界，但从北极光的最高发光点推算，离地面800km的高空还有少量空气存在。所以，一般称大气层的厚度为1000km，但其75%的质量只在10km以下的范围内，99%在30km以下，高度100km以上，空气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。由于大气的化学成分和物理性质（温度、压力、电离状态等）在垂直方向上有显著的差异，大气层可以分为若干层次。1962年WHO正式通过下述分层系统，即根据大气温度随高度垂直变化的特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。对流层（troposphere）对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16~18km，在中纬度地区为10~12km，两极附近为8~9km。夏季较厚，冬季较薄。对流层的特点是：（1）气温随高度升高而降低，大约每上升100m，温度降0.6℃。（2）空气密度大。对流层平均厚度为10~12km，仅是大气层厚度的1%，但是大气总质量的3/4以上和几乎所有水汽集中在此层。（3）天气现象复杂多变。在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1~2km以下，受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，也称为低层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在这一层。在1~2km以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。平流层（stratosphere）从对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层，即30~35km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称为同温层。在30~35km以上，温度随高度升高而升高。平流层的特点：（1）空气没有对流运动，平流运动占显著优势。（2）空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象，透明度高。（3）在高约15~35km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（UV-B、UV-C）的能力，臭氧吸收太阳辐射转化为分子内能，故使平流层的温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。中间层从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为稀薄，无水分，温度随高度增加而降低。在中间层顶，气温达到极低值（约-100°C）。在约60km的高空，受到阳光照射的大气分子开始电离，所以在60~80km之间是均质层转向非均质层的过渡层。热（成）层从80km到约500km称为热层或电离层。这一层温度随高度增加而迅速增加。据卫星观测。在300km以上，气温达到1000°C以上。在热成层大气分子比中间层更加稀薄，受到宇宙射线和阳光紫外线的作用下，大部分空气分子都电离成离子和自由电子，所以此层又称为电离层。由于电离层能够反射无线电波，人类可以利用它进行远距离无线电通讯。内层温度很高，昼夜变化很大。热层下部有少量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。逸散层热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离，使质子的