第三章城市空气与城市大气污染1.大气圈组成及结构2.大气污染含义与类型3.大气污染物与污染源4.大气污染的危害5.大气污染的扩
散6.大气污染的预防与治理7.大气污染治理技术简介1空气与大气1）对流层；对流层是指由下垫面算起，到平均高度为12km的
一层大气。(1)气温随高度的增加而降低，由下垫面至高空每高差100m气温约平均降低0.65℃。(2)对流层内有强烈的对流运动。
这主要是由于下垫面受热不均匀及下垫面物性不同所产生的。一般是低纬度的对流运动较强，高纬度地区的对流运动较弱。由于对流运动的存在，使
高低层之间发生空气质量交换及热量交换，大气趋于均匀。(3)对流层的空气密度最大，虽然该层很薄，但却集中了全部大气质量的3/4并且
几乎集中了大气中的全部水汽；云、雾、雨、雪等大气现象都发生在这层。(4)气象要素水平分布不均匀，特别是冷、暖气团的过渡带，即所谓
锋区。在这里往往有复杂的天气现象发生，如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。2）平流层从对流层顶到离下垫面55km高度的一
层称为平流层。从对流层顶到30-35km这一层，气温几乎不随高度而变化，故有同温层之称。从这以上到平流层顶，气温随高度
升高而上升，形成逆温层，故有暖层之称。由于平流层基本是逆温层，故没有强烈的对流运动；空气垂直混合微弱，气流平稳。水汽、尘埃都很少，
很少有云出现，大气透明度良好。对流层和平流层交界处的过渡层称为对流层顶。它约数百米到2km厚；最大可达4—5km厚。对流
层顶的气温在铅直方向的分布呈等温或逆温型。因此，它的气温直减率与对流层的相比发生了突变，往往利用这一点作为确定对流层顶高度的一种依
据。3）中间层从下垫面算起的55—85km高度的一层称为中间层。气温随高度的增高而降低，大约高度每增高1km，气温降低1℃
；空气有强烈的对流运动，垂直混合明显；故有高空对流层之称。4）热成层5）散逸层从下垫面算起85—800km左右高度的一层称
为热成层或热层。气温随高度增高而迅速增高，在300km高度上，气温可达1000℃以上。该层空气在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，
处在高度的电离状态，故有电离层之称。电离层具有反射无线电波的能力。因此它在无线电通讯上有重要意义。热成层顶以上的大气层，统称为
散逸层。该层气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度很高，常可以摆脱地球引力而散逸到太空中去，故称散逸层。1.2大气的演化及其组
成第一代大气（原始大气）-氢、氦、氖等。第二代大气（还原大气）-氮、二氧化碳、甲烷、氨和水汽。现代大气（氧气大气）-干洁空
气、水汽和悬浮微粒。稳定组分：氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的高度范围内都是稳定的。不
稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活
动产生。1.3人类活动对大气环境的影响1）温室效应工业化之后,大气中的二氧化碳含量由280ppm增加到大于356ppm,
超过了12万年的最高值(300ppm)；甲烷由0.8ppm增加到1.7ppm；氮的氧化物由280ppm增加到310ppm。以上对
增温影响最大的是二氧化碳，占55%。而且，目前发现，以上气体除了甲烷外，全部的寿命都在100年以上。就是说，即使现在不排放任何废
气，也得等100年或更长的时间才能够恢复原状。海洋和大气CO2调节海平面上升的问题。研究表明：1950-1992年间。加州南部
海岸带的海平面升高了7.6cm。其中，100米以上浅水区升温0.8摄氏度。中国国家测绘局1992年8月公布，我国海平面年平均升高2
-3毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津1985-1987年三年下沉了187毫米。塘沽新港码头1966
-1985年20年下沉了0.5米，导致屡遭海潮袭击。IPPC（世界气候变化委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升3-10厘米。
水资源的问题。气候变暖，使一些地区雨量增多，一些地区雨量减少。研究表明，气候变暖会导致地球上的水资源重新分布，总的来看，中纬度有些
地方雨水会减少。气候变暖，对农业生产，森林草原，人类身体健康等均有严重的影响。所以，温室效应，是一个非常严峻的问题。缓解全球温
室效应我国森林贡献重大“去向不明”的二氧化碳有了着落针对我国二氧化碳气体排放的问题，北京大学城市与环境系方精云教授领导的研究小
组通过近10年研究，利用大量的野外实测资料及我国建国50年来的森林资源清查资料，研究了中国50年来森林植被对二氧化碳“
处理”功能的动态变化，发现从20世纪80年代初到90年代末的近20年中，我国森林植被净吸收二氧化碳的功能明显增强，
净吸收量可达工业排放量的5%至8%，从而为减缓地球大气中二氧化碳浓度的上升速度起到了积极的作用。方精云等人的研究成果也
为“二氧化碳去向不明”现象的解释提供了新思路。据测算，人类活动每年释放出的二氧化碳为70亿吨，有30亿吨至34亿吨排放
到大气中，20亿吨被海洋吸收。由于陆地生物圈与大气圈之间碳循环处于平衡状态，因而剩下的16亿吨至20亿吨二氧化碳则“去向
不明”。方精云指出，北半球高纬度陆地生态系统（主要是森林生态系统），是世界环境的“净化器”，对大气中的二氧化碳起到了巨大的吸收、存
储作用。2）臭氧层破坏地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层。地质时代，在臭氧层形成之前，地球生命只能生存于海水
中一定深度之下。臭氧层之所以有保护作用，是由于它能吸收太阳的紫外辐射。紫外线能杀死，杀伤生物细胞，或造就细胞、遗传物质畸变，导致生
命的死亡和产生各种病变。臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致，是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果。自1969年以后
，除赤道地区外，所有地方的臭氧都减少了3%-5%，南极上空减少了30%-65%，并开始出现臭氧空洞，即成片地方臭氧层消失殆尽。90
年代初期，南极上空的臭氧空洞面积达到2000万平方千米。破坏因素：?太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可
能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的DNA，造成细胞破坏和死亡。来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中
高能的紫外线使得高空中（离地面10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子
发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。臭氧层被破坏主要是因为人使用了消耗臭氧物质（氟氯烃化合物）影响：一方面直接危害人体健康，另一
方面还对生态环境和农林牧渔业造成破坏。3）酸雨酸雨的正确名称应该是「酸性湿沉降」，其实，带酸性的污染物是可以有两种
沉降方式的，它们是「湿沉降」及「干沉降」。湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸
性物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面；乾沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中
酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。由於自然界的现象，例如生物的呼吸，火山的活动等等，引致大气中含有二氧化硫和其他带酸
的气体，所以，天然雨水本身略带酸性，雨水的酸度也是以酸碱值来表达的。一般雨水的pH值约为5.6。造成雨水带酸的原因很多
，其中一个原因来自天然物质。如：火山爆发时，喷出大量的硫化物；海水及湖水释放的硫化氢；动植物分解後释出的有机酸；泥土中的微生物及海
藻释放之硫化氢及氮化物等，都会使雨水之pH值降至5.0左右。工业化後大量使用燃料，燃烧过程中产生出来的二氧化硫，氮氧化物
及氯化氢等等，这些污染物被排放至大气当中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质，使得雨水之pH值降低，形成酸雨。二氧化硫（SO2
）的主要来源是燃烧燃料，发电厂烧煤或石油时会排出，炼油厂、炼钢厂、硫酸工厂等在生产程序中也会排放不少该种气体。氮氧化物（NOx）
是高温燃烧下的产物，来源也跟二氧化硫相似，在燃烧燃料时被排出，另外，交通工具如汽车的废气中也含有大量的氮氧化物。氯化氢（HCl）
则源自盐酸工厂、焚化炉等的废气、汽油车的排气等。上世纪50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，
但是此成果未能为世人重视。50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排
放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继
而发现pH值低于4.0的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，土壤的
化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区域环境问题。1973至1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区
几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸
雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖
的格陵兰岛，给冰层打钻，取出180年前的冰块，与现在的酸度相比，酸度增长了99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题
之一。1986年5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。地球的南极和
北极,终年冰雪,罕见人至,但80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物
质,随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到pH为5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距
离。1998年上半年,中国南极长城站八次测得南极酸性降水,其中一次pH值为5.46。当刮偏南风或偏东风时,南极大陆因为没有
人为排放,大气是新鲜的,所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时,来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极
半岛,遇到降水,形成酸雨。90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的“毒雪”。“毒雪”形成与酸雨或酸雪
形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间,杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最
终降落地面,危害人类。由“酸雨”,发展到“毒雪”。颗粒物指大气中的固体或流体颗粒状物质。颗粒物主要来源于如火山爆发、风暴、林
火、海浪花、土壤蚀损等自然过程和化石燃料燃烧、耕种作业、露天采矿、建筑及交通等人为活动。会加重空气污染的程度造成“阳伞效应
”氧来源：植物光合作用氧消耗：动植物呼吸及细菌分解、燃料燃烧等1.4城市化对大气环境的负面影响
2大气污染含义与类型2.1大气污染的概念由于自然的或人为的过程，改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质，
致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系．严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及导致建筑物和设备财产等损坏的现象。如果大气
中的某些物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污
染。2.2大气污染的分类(1)大气污染按其影响所及范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染、全球性污染。(2)根据
能源性质和大气污染物组成和反应，一般特大气污染划分为四种类型；煤炭型、石油型、混合型、特殊型。煤炭型污染的一次污染物是烟气、粉尘
和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。石油型污染又称排气型或联合企业型污染．其一次污染物是烯烃、二氧化氮以及烷、醇
、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、氢氧基、过氧氢基等自由基以及醛、酮和PAN(过氧乙酸硝酸脂)。混合型污染是指以煤炭为主，还
包括以石油为燃料的污染源而排放出的污染物体系。此种污染类型是由煤炭型向石油型过渡的阶段，它取决于一个国家的能源发展结构和经济发展速
度，特殊型污染是指某些工矿企业排放的特殊气体所造成的污染，如氯气、金属蒸汽或硫化氢、氯化氢等气体。(3)根据污染物
的化学性质及其存在的大气环境状况，可将大气污染划分为两种类型：还原型和氧化型。还原型是指以煤、石油等为燃料所产生的大气污染，实质
上就是第二种分类方法中的煤炭型和混合型污染。伦敦烟雾事件氧化型是指以石油为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的石油
型污染。洛杉矶光化学烟雾3.1大气污染源大气污染可分为自然的和人为的两大类。前者是自然界所发生火山爆发、地震、台风
、森林火灾等自然灾害所造成的。后者是人类活动所排放的有毒有害气体所造成的。目前，一般所说的大气污染多指后者。人为造成大气
污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有四种划分方法：(1)按污染源存在的形式可划分为固定污染源和
移动污染源，此划分法适用于进行大气质量评价时绘制污染派分析图。固定源就是位置和地点固定不变的污染源。主要指工矿企业在生产
中排放的大量污染物。冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。流动污染源是指交通工具在行驶时向大气中排放
的有害气体而形成的污染源3.2大气污染物按污染物存在的形态可分为两大类：1.气溶胶状态（颗粒态）的污染物我国环
境空气质量标准中，按颗粒大小分为：总悬浮颗粒物（TSP，TotalSuspendedParticles）：指悬浮在空气中的
空气动力学直径≤100μm的颗粒物。可吸入颗粒物（PM10，InhalableParticles）：指悬浮在空气中的空气动
力学直径≤10μm的颗粒物。2.气体状态的污染物主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以NO和NO2
为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。按转化与否进行分类：一次污染物：直接从污染源排入大气的各种气体
、颗粒物质等。二次污染物：某些一次污染物在大气中与其他化学物结合而发生化学反应产生的新的污染物。颗粒物含硫化合物含氮化合物
碳氧化合物碳氢化合物卤化物3.3某些大气污染物对人体的危害???煤烟：???引起支气管炎等。如果煤烟中附有各种工
业粉尘(如金属颗粒)，则可引起相应的尘肺等疾病。???硫酸烟雾：???对皮肤、眼结膜、鼻粘膜、咽喉等均有强烈刺激和损害
。严重患者如并发胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衰竭或胃脏刺激症状均有生命危险。???铅：???略超大气污染允许浓度以上时
，可引起红血球碍害等慢性中毒症状，高浓度时可引起强烈的急性中毒症状。二氧化硫：???浓度为1－5ppm时可闻到嗅味，5p
pm长吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛，喉头水肿以至窒息。氧化氮：???主要指一氧化氮和二氧
化氮，中毒的特征是对深部呼吸道的作用，重者可致肺坏疽；对粘膜、神经系统以及造血系统均有损害，吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象。
?一氧化碳：???对血液中的血色素亲和能力比氧大210倍，能引起严重缺氧症状即煤气中毒。约100ppm时就可使人感到头痛和疲
劳。???臭氧：???其影响较复杂，轻病表现肺活量少，重病为支气管炎等。?硫化氢：???浓度为100ppm吸
入2－15分钟可使人嗅觉疲劳，高浓度时可引起全身碍害而死亡。?氰化物：???轻度中毒有粘膜刺激症状，重者可使意识逐渐模糊
，衰竭性痉挛，血压下降，迅速发生呼吸障碍而死亡。氰化物中毒后遗症为头痛，失语症、癫痫发作等。氰化物蒸汽可引起急性结膜充血、气喘等。
氟化物：???可由呼吸道、胃肠道或皮肤侵入人体，主要使骨骼、造血、神经系统、牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、
虚脱等而死亡。?氯：???主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用。当空气中氯的浓度达0.04～0.06毫克/升时，3
0～60分钟即可致严重中毒，如空气中氯的浓度达3毫克/升时，则可引起肺内化学性烧伤而迅速死亡室内空气污染物：一、热岛效应
二、混浊岛效应三、局地环流效应四、雨岛效应五、城区年均温增加高温日增多六、城市大气污染严重七、大气环境日趋酸化
一、热岛效应的含义及特征一种由于城市建筑及人们活动导致的热量在城区空间范围内相对聚集的现象与作用。是城市气候最明显
的特征之一。热岛效应的成因：1）下垫面性质2）城市建筑物密集，通风不良，不利于热量扩散3）人为热及温室气体排放4）大气及
气象条件有关热岛效应的负面影响：使天气酷热，加剧夏季火灾；加剧光化学烟雾的危害；带来各种异常气象，如：暖冬、飓风、暴雨等。二
、混浊岛效应一种由于城市中人类活动导致的大量烟尘悬浮在空中，使市区的空气烟雾迷漫，透明度下降的的现象与作用。
将会导致地面直接太阳辐射减少，日照弱，空气质量降低。三、局地环流效应形成热岛环流，风速低；不利于污染物扩散。四
、雨岛效应热力对流易形成对流性降水；参差不齐的建筑有利于低云形成导致市区降雨；空气中凝结核多促进暖云降水。五、城市空
气污染严重风速小，建筑物引起的大气湍流及热岛环流促使围绕城市的污染圈的形成。六、大气能见度下降颗粒物
、光化学烟雾的作用。七、大气环境的日趋酸化3大气污染物与污染源(2)按污染物排放的方式可划分为高架源、面源、线源，此
划分法适用于大气扩散计算。(3)按污染物排放的时间可划分为连续源、间断源、瞬时源，此划分方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。
(4)按人类社会活动功能划分，还可以分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源等。工业污染源由火力
发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程、中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。此类污染源由于不同工矿企业的生产性质
和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪
魁祸首。农业污染源主要是不当施用农药、化肥、有机粪肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施用后期NOX、CH4、挥
发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源。交通运输污染源由汽车、飞机、火车和轮船等交通运输工具运行时向
大气中排放的尾气。这类污染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳氢化合物、NOX、金属尘埃等，是城市大气环境恶化的主要原因之一。
生活污染源是指居民日常烧饭、取暖、沐浴等活动，燃烧化石燃料而向大气排放烟尘、SO2、NOX等污染物。这类污染源属
固定源，具有分布广、排量大、污染高度低等特点，是一些城市大气污染不可忽视的污染源。但是，随着城市电气化的推进，城市生活污染源将从根
本上得到遏制。空气和大气是同义词。一般对于室内或特指某个场所(如车间，会议室和厂区等)供人和动植物生存的气体习惯上称
为空气。而在大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象常用大气。大气圈的结构
与大气组成1.1大气圈的结构人类的生产生活活动能改变大气组成，引起各种各样的大气环境问题。由于大气的整体性和流动性，大气环境
问题常常是全球性的、区域性的。目前关注的主要问题：CO2浓度的增加（温室效应）、臭氧层的破坏、全球性的酸雨、悬浮颗粒物增多、氧
平衡失调、热污染等都成为全球性的环境问题。温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氟氯碳化物(CFCs)、氧化亚
氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、全氟碳化物(PFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等。温室效应：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温
室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升。Incomingsunlightwarmsthesurfac
eoftheEarthandisradiatedbacktoatmosphere.Greenhousega
sesabsorbsomeofthisheat,trappingitintheatmosphere.GRE
ENHOUSEEFFECTGreenhouseeffectsTheCarbonCycleReservoirsPro
cesses/LocationsTrophicLevels/OrganismsCO2inatmosphere(re
servoir)ProducersConsumersWastes,DeadbodiesSoilbacteria&
detritusfeedersCO2inatmosphere(reservoir)ConsumersWastes,DeadbodiesSoilbacteria&detritusfeedersCO2inatmosphere(reservoir)Wastes,DeadbodiesSoilbacteria&detritusfeedersCO2inatmosphere(reservoir)RespitationCO2inatmosphere(reservoir)BurningoffossilfuelsCO2inatmosphere(reservoir)FireCO2inatmosphere(reservoir)CO2dissolvedinocean(reservoir)CO2inatmosphere(reservoir)CO2CO2溶于海水H2CO3水体中生物H++CO32-CaCO3海底沉积物4）悬浮颗粒物增多5）大气圈氧平衡失调森林砍伐加剧，植被大量减少人口增加、燃料大量需求6）热污染1995年2月——1998年9月，全球环境基金针对全球福利的项目和活动，向发展中国家几个重点领域提供了大量的资金。读图分析全球环境基金关注的主要领域有哪些？为什么这些领域得到了特别的关注。37%生物多样性35%气候变化13%国际水域6%其他9%臭氧的消耗全球环境基金关注的主要领域 |
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