城市氣象學課件：03城市大氣污染_new

1、大氣污染,大氣污染的定義：根據(jù)ISO，由于人類活動或自然過程引起的某些物質(zhì)釋入大氣，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境,內(nèi)容提要,簡史 空氣污染物（類型和源地） 影響污染的因素 空氣污染和城市環(huán)境 酸沉降 室內(nèi)污染 擴散模式及練習題,人類發(fā)明火以后，“煙問題”； 愛德華一世國王在1273年簽署一項法令禁止使用海煤； 在1850前，倫敦 “濃豌豆湯”霧而聲名狼藉； 1911年前后，“smog”(煙霧)一詞，煙和霧的混合體； 1952年12月的第一周，倫敦災難(煤煙型煙霧)； 工業(yè)革命把污染帶入美國(光化學煙霧)； 中國的污染.我們還要走發(fā)達國家的

2、老路嗎？！,一、大氣污染簡史,懸浮空中之固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)，威脅人類與動植物健康、損害建筑、毒化環(huán)境者。源于自然或人類活動。,二、空氣污染物,一次污染物,直接排放入大氣中的空氣污染物,氮氧化物,一次污染物和源地(自然),一次污染物和源地(人為：工業(yè)),一次污染物和源地(人為：個人),一次污染物和空氣中的某些成分經(jīng)過化學反應才成為的污染物，稱二次污染物， 如水汽和其他污染物等反應生成的污染物，硝酸、硫酸、臭氧等。,二次污染物,主要空氣污染物,氣溶膠 一氧化碳（CO） 二氧化硫（SO2 ） 揮發(fā)性有機化合物（VOCs） 氮氧化物 近地層臭氧,氣溶膠,足夠小的能懸浮在空氣中的固態(tài)粒子和液滴 有些使

3、人不愉快但無害，有些是危險的。,氣溶膠粒子在大氣過程中的作用,在云霧降水中的作用：凝結(jié)核 對大氣輻射過程的影響：散射和吸收 對大氣光學特性的影響：大氣能見度 對大氣電學特性的影響：捕獲帶電離子，影響大氣電場 在大氣化學過程中的作用：吸附或參與反應生成新的微粒,一氧化碳,城市空氣主要污染物，無色，無味，巨毒的氣體(易被紅血球獲得)，由含碳燃料的不完全燃燒產(chǎn)生。一次污染物中最豐富。,二氧化硫,無色有臭味氣體，主要是由燃燒含硫化石燃料而來（如煤和石油）， 源地：發(fā)電廠、加熱設(shè)備、熔爐、石油精練和造紙廠等，火山噴發(fā)、或從海洋飛沫中的硫酸鹽粒子而來。 危害：呼吸、減少某些植物產(chǎn)量、生成硫酸。,英國倫敦煙

4、霧主要物質(zhì)為飄塵和這種物質(zhì)。,揮發(fā)性有機化合物(VOCs),主要是碳氫化合物，單獨的有機化合物由氫和碳組成。室溫環(huán)境是固、液和氣態(tài)存在。數(shù)千種，但甲烷（自然產(chǎn)生，對健康危害未知）是最豐富的，其他包括苯、醛和一些氟氯烴。 某些(如苯)致癌，一些反應成為二次有害污染物,氮氧化物,來自燃料高溫燃燒時氧和氮的反應。兩種主要的氮污染物是NO2和NO，統(tǒng)稱NOx，或氮氧化物。,傷害心肺、呼吸器官，生成硝酸、導致光化學煙霧。,對流層臭氧,光化學煙霧 “落衫基煙霧”,平流層臭氧和臭氧洞,南極臭氧洞,北極臭氧洞,污染物對臭氧層的破壞,NO+O3NO2+O2 NO2+ONO+O2,氟立昂(CFCs)進入平流層，紫

5、外能量使其分解成Cl原子，然后進行下面的過程： Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2,平流層臭氧減少的后果,皮膚癌增加； 眼睛白內(nèi)障和太陽灼傷驟增； 人的免疫系統(tǒng)受抑制； 紫外輻射對農(nóng)作物和動物有不利影響； 海洋浮游植物生長減緩； 平流層變冷導致氣流方式改變，影響O3的生成和損耗。,三、影響污染的因素,風的影響； 逆溫； 大氣穩(wěn)定度； 地形的作用,風的影響,逆溫層,下沉逆溫,大氣穩(wěn)定度,地形的作用,四、空氣污染和城市環(huán)境,城市熱島效應：城市比周圍鄉(xiāng)村暖,強熱島： 夜晚 冬天夜晚長 被高壓控制，晴朗、無風空氣潮濕。,北京城市熱島,城市空氣污染,五、酸沉降,酸性分布,1980年,酸雨的影響

6、,六、室內(nèi)污染,繼“煤煙型”(倫敦煙霧)、“光化學煙霧型”（落杉基煙霧）的污染后， 現(xiàn)代人正進入“室內(nèi)空氣污染”為標志的第三污染時期。,室內(nèi)污染的重要污染物質(zhì),甲醛,一種無色易溶的刺激性氣體，甲醛可經(jīng)呼吸道吸收。 有致畸、致癌作用，長期接觸甲醛，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮膚和消化道的癌癥。對神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等都有毒害。,氨,一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，堿性物質(zhì)。 吸收組織水分，破壞細胞膜結(jié)構(gòu)，減弱人體對疾病的抵抗力。濃度過高有腐蝕作用，還會導致心臟停搏和呼吸停止。,苯,無色具有特殊芳香氣味的液體，是室內(nèi)揮發(fā)性有機物的一種。 已經(jīng)被確認是嚴重致癌物質(zhì)。 中毒會造成嗜睡、頭痛

7、、頭暈、惡心、嘔吐、胸部緊束感、視物模糊，震顫、呼吸淺而快、心律不齊、抽搐和昏迷。 苯在各種建筑材料的有機溶劑中大量存在，比如各種油漆的添加劑和一些防水材料等等。,氡,由鐳衰變產(chǎn)生的自然界惟一的天然放射性惰性氣體，它沒有顏色，也沒有任何氣味。 容易被呼吸系統(tǒng)截留，并在局部區(qū)域不斷累積而誘發(fā)肺癌。氡是導致人類肺癌的第二大殺手（吸煙第一），世界衛(wèi)生組織把它列為使人致癌的19種物質(zhì)之一。,天然石材的放射性,各種天然石材由于產(chǎn)地、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和生成年代不同，其放射性也不同。 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局曾對市場上的天然石材進行了監(jiān)督抽查，從檢測結(jié)果看，其中花崗巖超標較多，放射性較高。天然石材中的放射性危害主要有兩個

8、方面，即體內(nèi)輻射與體外輻射。,居室環(huán)境的衛(wèi)生防護,通風換氣； 合理采光； 新裝修的房屋經(jīng)通風換氣后請有檢驗資格的技術(shù)部門檢驗合格后方宜入住。,我國公布空氣質(zhì)量,1998年2月28日，北京市開始向社會公布空氣質(zhì)量周報； 1999年3月1日，開始公布空氣質(zhì)量日報； 1999年6月1日，北京市在全國率先公布對人體健康威脅較大的可吸入顆粒物； 1999年8月1日，公布二氧化氮； 目前，每天公布的空氣質(zhì)量指標共5項：二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、可吸入顆粒物(PM10)。,空氣污染指數(shù),空氣中存在著各種各樣的污染物，就一個地區(qū)而言，各種污染物濃度交替變化。為了評

9、估該地區(qū)的空氣質(zhì)量，目前世界上許多發(fā)達國家或地區(qū)，采用空氣污染指數(shù)(簡稱API)來表示區(qū)域空氣質(zhì)量狀況。 API是將一系列復雜繁多的監(jiān)測數(shù)據(jù)，按一定方法進行處理，變成廣大市民便于理解和掌握的形式。目前，我國空氣質(zhì)量劃分為五級7檔。,空氣質(zhì)量報告,1984年北京市在全國率先建立空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)。 監(jiān)測空氣中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)、臭氧和可吸入顆粒物等污染物，以及測定溫度、濕度、風向、風速等氣象參數(shù)。 目前的空氣質(zhì)量日報是根據(jù)國家環(huán)保局認證的、位于市區(qū)7個國控監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)換算為空氣污染指數(shù)后，通過新聞媒體(WWW)向群眾公布。,空氣質(zhì)量級別,七、擴散模式：

10、無界空間連續(xù)點源擴散模式,高架連續(xù)點源擴散,高架連續(xù)點源的擴散必須考慮地表對擴散的影響，最簡單的方法是假設(shè)地表對污染物沒有吸收、吸附作用，即全反射，可以用“像源”法處理。 空間任一點的濃度可以看成兩部分濃度之和：一部分是不存在地面時該點的濃度；另一部分是由于地面全反射作用而增加的污染物濃度。相當于不存在地面時位置在（0，0，H）實源和在（0，0，H）的“像源”在該點造成的濃度之和。,城市大氣污染的擴散模式,城市中分布有大量的污染源，在模式計算時，一般采用固定坐標系，即x軸指向東方，y軸指向北方，z軸指向天頂，簡稱EON坐標系，污染源和計算點的位置也是固定在這個坐標系中的。在計算各個風向、各個污

11、染源的污染物擴散濃度時，前面介紹的模式都是選用x軸指向平均風向，因而這涉及到坐標系的變換問題。 在EON坐標系中，設(shè)污染源坐標為（Ep, Np），計算點坐標為(Er, Nr)，風向與E軸的夾角為，則在平均風坐標系中，計算點的坐標(x,y)為,E,坐標變換圖,編程練習(選作),計算區(qū)域：4000m4000m，網(wǎng)格間距均為100m，即計算點總數(shù)為4141個。 污染源數(shù)據(jù)：共3個污染源，排放二氧化硫 源序號 有效源高m 坐標m 源強mg/s 40 (1700,2000) 8000 60 (2000,2000) 10000 3 40 (2300,2000) 9000,風資料：某天4個時刻的風向、風速、穩(wěn)定度資料 時刻 風向 穩(wěn)定度 風速 水平擴散參數(shù) 垂直擴散參數(shù) 0800 W D 2.5 0.11*X0.93 0.10*X0.83 S B 4.0 0.28*X0.92 0.13*X0.96 E D 3.0 0.11*X0