Chap1讲义大气概述

06
人类活动对大气环境影响及保护 措施
工业革命以来大气污染问题加剧
煤炭等化石燃料大量使用
工业革命时期，煤炭成为主要能源， 大量燃烧导致二氧化硫、烟尘等污染 物排放增加。
城市化进程加速
城市化进程中，大量人口聚集在城市 ，汽车尾气、建筑扬尘等污染物排放 不断增加。
工业废气排放
随着工业快速发展，各种工业废气未 经处理直接排放到大气中，严重污染 了空气质量。
02
大气组成成分
氮气与氧气含量及作用
氮气含量
约占大气总量的78%，是大气中最主要的成分。
氧气含量
约占大气总量的21%，是生物呼吸和燃烧所必需的。
氮气作用
氮气是植物生长所必需的营养元素之一，对生物圈的氮循 环具有重要意义；同时，氮气化学性质稳定，可以作为保 护气体应用于工业生产中。
氧气作用
氧气是生物细胞进行有氧呼吸所必需的，对维持生物生命 活动具有重要意义；同时，氧气也广泛应用于医疗、工业 、航天等领域。
微量气体和颗粒物对环境影响
微量气体
大气中还存在一些微量气体，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等；这些气体虽然含量较 少，但对环境质量和人体健康有一定影响。
颗粒物
大气中的颗粒物包括尘埃、花粉、细菌、病毒等；颗粒物能够散射和吸收阳光，影响大气 能见度和气候变化；同时，颗粒物也会对人体呼吸系统造成危害。
环境污染
加强国际合作，共同应对全球 环境问题，推动全球环境治理
体系的完善和发展。
THANKS
感谢观看
当代社会面临主要环境问题
1 2
酸雨
化石燃料燃烧产生的二氧化硫和氮氧化物等酸性 气体，在大气中与水蒸气结合形成酸雨，对生态 环境和人类健康造成危害。

✓ Since the late 1970s, scientists have noticed the development of severe holes in the ozone layer over Antarctica. Satellite measurements have indicated that the zone from 65° North to 65° South latitude has had a 3 % decrease in stratospheric ozone since 1978.
Gas Name Nitrogen(氮) Oxygen(氧) * Water(水汽) Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
✓ The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth‘s surface providing needed fresh water for plants and animals；
✓ It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
✓ 气溶胶随地区、时间而变 冬季大于夏季 陆上大于海上，城市大于乡村
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Key Points
✓ Of the gases listed, nitrogen, oxygen, water vapor, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, and ozone are extremely important to the health of the Earth's biosphere ✓ Nitrogen and oxygen are the main components of the atmosphere by volume. Together these two gases make up approximately 99 % of the dry atmosphere

❖ 气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水
汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的
物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度
常比气温低(Td＜T)。只有空气达饱和时，露点温度才和气温相
等(Td=T)。因此，根据T和Td的差值，还可大致判断空气距离
饱和的程度。
❖
氯、氟化氢、氯化氢等 碳化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等
防止措施：建立监测网，进行污染预报；通过集尘器和清洗器在排气前清除 污染物质；发展无烟囱工厂的闭合工艺过程以及合理布局工业 等。造林绿化也是保护环境，净化空气，防止大气污染的重要措 施。
第
二 节
大气的结构
一、大气的高度
严格地说，不存在大气圈的上界。
2.主要的特征:
(1)气温随高度的升高而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此 温度随高度增加而降低。 气温铅直梯度：对流层中气温随高度而降低的数值，在不同地区、不
同季节、不同高度是不一致的，平均而言，每上升100米， 气温 下降约0.65℃。这称为气温直减率，也叫气温铅直梯度。通常以y 表示：y=-dT/dZ=0.65℃/100m .(1-1)
(二)平流层
1.界限：自对流层顶到55公里左右 2.特点: 1) 随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，到25公里以上，气
温随高度增加而显著升高，在55公里高度上可达-3℃ (图1-1)； 2)气流比较平衡，空气的垂直混合作用显著减弱；多晴好天气，能见度高。
(三)中间层
自平流层顶到85公里左右为中间层。该层的特点是: 气温随高度增高而迅速下 降，并有相当强烈的垂直运动。该层的60-90公里高度上，有一个只在白天出现的 电离层，叫做D层。

在5次已知的地球生物大灭绝时期，大气中二氧化 碳浓度都处于高峰，其中包括6500万年前一颗小行 星撞击地球、结束恐龙时代。研究人员说，二氧化 碳浓度的异常升高，给生态环境造成了极大破坏。
温室效应会带来以下几种严重恶果：
1) 地球上的病虫害增加； 2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。 科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继 续发展，到2050年全球温度将上升2-4摄氏度，南北极地冰 山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿 海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约， 上海，东京和悉尼。
由于臭氧层空洞扩大，目前 世界上每年每百万人中有 2000人患皮肤癌。如果臭氧 层不能得到恢复，空洞继续 扩大，到2070年，全世界皮 肤癌者人数将增加5％。
这幅地图显示的是臭氧洞
二氧化碳（CO2）：
来源： 生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧 和分解、火山喷发作用等。
时空变化： ✓ 时间变化：
人为过程造成 工业和交通上煤炭、石油、天然气的使用，农业上
化肥、农药的喷施，生活上制冷采暖的排放与泄漏等。
分类： 一次污染物： 直接从污染源排出来的物质。
二次污染物： 进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分
发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学 反应而产生的新的污染物。
危
害
酸 雨， 有 害 气 体
3）相对湿度 空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。
f e 100% E
4）比湿 在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水
汽质量加上干空气质量）的比值，称为比湿（q），其单 位：g/g，或g/kg。
二氧化碳 臭氧

1938年，被命名为“探险者2号”的气球上 升到21公里的高空。 1960年，载人气球已能上升到34.5公里， 不载人气球已能到达40-50公里的高空。 飞机、火箭、人造地球卫星的发明，使人 们对大气层有了更科学的认识。
大气压强和空气密度
大气垂直分层
温度随高度分布—大气垂直减温率
对流层
0-11公里，温度随高度 减小，减温率平均为 6.5℃/1000米。 原因：阳光加热地面， 而地面又加热它上面的 空气。 包含了地球上我们熟悉 的所有天气。
氮气和氧气
氮气： 土壤细菌靠生物过程耗费氮气， 但是动植物腐烂放出氮气回到大气。 氧气： 与其他物质生成氧化物或呼吸作用放出二氧 化碳都使氧气耗减， 但太阳光使二氧化碳和水经过光合作用使氧 气增加。
氧，1777年法国拉瓦锡发现并命名 氮，1772年瑞典舍勒发现，后拉瓦锡命名
水汽
①可成云致雨；②释放潜热；③温室气体
平流层
11-50公里，气温随高度不变、再增 大（称逆温），平静的气层。 原因：臭氧吸收紫外太阳能加热了平 流层，说明为什么逆温。 吸收的太阳辐射在50公里处加热很少 的分子，即可达较高的温度。 加热贡献的大部分太阳能在平流层上 层就被吸收。 另外，由于低密度，能量从上层到下 层平流层的速度非常慢。
臭氧
臭氧在离地面10-55千米的范围内形成臭氧层。它是地 球上所有生物的“保护伞”。如果它被破坏，紫外线 便会长驱直入。如果它减少1%,损害人体的紫外线就会 增加2.3%，皮肤癌的发病率就会增加5.5%。
气溶胶：悬浮固态和液态微粒
自然、人为排放，如： 1. 风从地表卷起尘沙和土粒 飞到空中； 2. 海洋中波浪飞溅的盐水滴 浮在空中； 3. 森林火灾的烟雾经常被带 到离地面的高空； 4. 火山爆发喷发数以吨计的 火山灰和气体进入大气 。

海雾等。
03 大气的性质
大气的温度与湿度
温度
大气的温度取决于太阳辐射、地球表面的温度和大气中的水汽含量。大气的温度 随高度增加，这是因为地面辐射加热大气，而高层大气则受到太阳辐射的加热。
湿度
大气的湿度是指大气中的水汽含量。湿度随高度的增加而降低，因为水汽在低层 大气中含量较高，而在高层大气中含量较低。
温室气体排放
全球温室气体排放量持续增长，导致全球气候进 一步变暖。
应对未来大气环境挑战的策略
减少温室气体排放
采取节能减排措施，推广清洁能源，提高能 源利用效率。
加强空气污染治理
加强工业、交通等领域的污染治理，降低 PM2.5、臭氧等污染物浓度。
应对气候变化
采取适应气候变化的措施，如加强城市计划 、提高防洪能力等。
工业排放
工业生产过程中产生的 废气、废水和固体废弃 物是大气污染的主要来
源之一。
交通运输
汽车尾气、船舶和飞机 排放等交通运输活动是 大气污染的重要来源。
农业活动
农业施肥、喷洒农药等 农业活动也会对大气造
成污染。
能源消耗
煤炭、石油等化石燃料 的燃烧是大气污染的重
要来源之一。
大气污染对人类健康的影响
01
保护地球
大气层可以吸取太阳辐射中的有害 物质，减少地球表面的温度变化， 保护地球免受太阳辐射的伤害。
大气与人类生活的关系
影响人类健康
影响交通运输
大气中的污染物和有害物质会对人体 健康产生影响，如空气污染会增加呼 吸道疾病和心血管疾病的风险。
大气中的雾霾和沙尘暴等天气现象会 影响交通运输的安全和效率。
大气的组成和性质资 料课件
目录
CONTENTS

O3的形成过程：O2 紫外线 O＋O ，O2＋O → O3
第一章大气
闪电
第一节大气的组成
二、大气的组成
低层大气（0－90km)：干洁空气、水汽、气溶胶粒子。
主要成分是氮、氧、氩、还有微量的惰性气体（氖、 氪氙及氦）等之间大致保持固定的比例，基本上不随时间、 空间变化，称为常定成分。
其它的一些气体在大气中所占的比例随 时间、地点 而变，称为可变成分。
第一章大气
第一节大气的组成
二、大气的组成
第一章大气
第一节大气的组成
二、大气的组成
1.干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。
含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 氮气（N2）：
❖ 存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。
❖ 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。 ❖ 特点——最多气体 ；生命体重要成分 ；不活跃气体 ；豆科植物养料. ❖ 自然条件下,氮气只能通过闪电雷暴作成形成,通过降水过程被植物和土壤吸收利 用。
第一章大气
第一节大气的组成
二、大气的组成
（一）干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。 含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 二氧化碳（CO2）：
❖ 来源：
✓ 生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和 分解、火山喷发作用等。
❖ 空间变化：
✓ 水平：城市大于农村； ✓ 垂直：0～20km，含量最高；
气候系统概念：
气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和 生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的 统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射 的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，这些过程 在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用，各个组 成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密地结合成一个 复杂的、有机联系的气候系统。

几个重要的专业术语
大气（Atmosphere）：包围地球表面的整个大气层。
天气 (Weather)：指一定区域在较短时间内各种气象要素的 综合表现。天气表示大气运动的瞬时状态。
气候 (Climate)：指某一区域天气的多年平均特征，其中包 括各种气象要素的多年平均及极值。气候表示长时间的统计 平均结果.
大气污染
大气污染：二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起全球天 气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、一些陆地和 港口将被淹没。 另外，大气中的粉尘、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化 氢、碳氢化合物和氨等。严重污染大气，对人类造成极大危害。 例如， 酸雨：二氧化硫。 光化学烟雾：氮的氧化物、碳化氢物。
按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面90公里的 高度为界限的。

均质层:在90公里高度以下，大气是均匀地混合的，组成大 气的各种成分相对比例不随高度而变化，这一层称均质层。

非均质层:在90公里高度以上，组成大气的各种成分的相对 比例氦原子、氢原子等越来越多，大气就不再是均匀的混合 了，因此，把这一层叫做非均质层。
§3 大气状态方程
一、干空气的状态方程 p=ρdRdT 二、湿空气的状态方程 p=ρwRdTv 水汽的状态方程
e=a Ra T
暖湿空气的密度比干冷空气的密度小得多。
•在近地面层内，粘性摩擦力起主要作用，而气压梯度力和 地转偏向力可以忽略。
•厚度约为1-2Km，温度随高度呈等温或逆温状态
2. 平流层（Stratosphere）：
厚度：自对流层顶到大约55Km左右； 特点：① 空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动。
② 水汽含量少。
③ 气温随高度递增（最初等温，到20-25Km气温突增， 主要是臭氧吸收太阳紫外线）。 ④ 气层稳定利于飞机飞行。 3. 中间层（Mesosphere）： 厚度：自平流层顶到85Km左右；

3、影响人类及天气的主要成分 氧气：主要来源是植物的光合作用；一切生命所必 需；决定着有机物的燃烧、腐败及分解过程。 氮气：冲淡氧，使氧化作用不过激烈；制造化学肥料 的原料；闪电能把大气中的氮氧化（变成二氧 化氮），被雨水吸收落入土壤，成为植物所需 的肥料。 二氧化碳：对太阳辐射吸收很少，能强烈吸收地面辐射。 臭氧：臭氧密度在22—35公里高度为最大。臭氧对太阳紫 外辐射有强烈的吸收作用，保护了地球上的生命。
四、大气污染 1、大气污染
当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统 和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象
2、主要大气污染物
粉尘微粒：碳粒、飞尘、碳酸钙、氧化锌、二氧化铅 硫化物： 二氧化硫，三氧化硫，硫酸、硫化氢、硫醇等 氮化物：一氧化氮，二氧化氮，氨等 氧化物：臭氧、过氧化物、一氧化碳等 卤化物：氯、氟化氢、氯化氢等 有机化合物：炭化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等 其它有害物质： 如重金属类，含氟气体，含氯气体等等
酸 雨 使 森 林 枯 萎
酸雨对石像的腐蚀
复活节岛
腐 蚀 狮 身 人 面 像
全球一氧化碳污染图2000.04.30. 燃烧化石燃料而产生
全球一氧化碳污染图2000.10.30. 南美和非洲旱季林木燃烧而产生
机动车尾气污染
电厂排污
贵州安顺煤电厂
氟中毒
贵州因燃煤导致 贵州因燃煤导致氟中毒 燃煤导致氟中毒 的人口达1900万 的人口达1900万，占贵 州总人口的一半。 州总人口的一半。当地 598mg/kg。 煤氟含量达 598mg/kg。 氟中毒从20世纪 年代 世纪70 氟中毒从20世纪70年代 开始发生， 开始发生，受害者出现 牙齿变黄变黑、 牙齿变黄变黑、腿呈 X 躬腰背驼、 形或 O形、躬腰背驼、 下肢瘫痪、 下肢瘫痪、手臂只能弯 不能伸等等症状。 不能伸等等症状。