城市气象学第三章城市大气污染

城市大气污染大气污染按照国际标准化组织（ISO）作出的定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。城市与大气污染城市人口规模的大幅增加电力、水和化学燃料的消耗中心废弃物和污染物的产生中心城市活动的影响不受城市边界的限制4大气污染物的来源大气污染源天然源：自然界自行向大气排放污染物的污染源.人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。1.1城市大气污染源5污染源特点主要来源排放的污染物天然源它和人为源相比产生的污染物较少，浓度较低，具有局部地区某段时间内可能形成严重影响的特点。火山喷发二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、火山灰森林火灾一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物等自然尘风砂、土壤尘等森林植物释放萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫硫酸盐和亚硫酸盐人为源移动源汽车火车飞机等，分布广泛分散，难于监测和治理。交通运输过程：现代化交通运输工具一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅等静止源静止源则包括工厂、焚化炉等不移动的污染源。静止源污染面积广，易于集中监测治理。燃料燃烧二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳工业生产过程二氧化硫、硫化氢等农业活动排放：农药、化肥颗粒物、粉尘、氧化亚氮等61.1城市大气污染源（1）按空间分布分为：点源、面源、线源（2）按照人们活动功能不同分为：生活污染源、工业污染源、交通运输污染源（3）按照分类统计分析分为：燃料燃烧、工业生产（固定源）交通运输工具（机动车、火车、轮船、飞机等称为流动源）城市中大气污染源7点源、面源89自然环境与城市环境比较:城市大气污染源1.2城市大气污染物城市大气中污染物分类：(1)气溶胶状态污染物①粉尘；②烟尘；③雾滴(2)气体状态污染物①硫化物；②氮化物；③氧化物；④碳氢化物；⑤卤系化合物1.2城市大气污染物传统污染气体危害呼吸系统和心血管系统。悬浮微粒引起重金属中毒挥发性有机化合物（VOCs）的危害污染物对植物的危害污染物浓度的地域分布（1）气溶胶状态污染物气溶胶是指悬浮于在空气中沉降速率很小的固体及液体微粒。①粉尘定义：粉尘类的大气污染物是工业生产排放出的废气中含有的固体微粒，它的大小不一，从0.1到几百微米。分类：大气粉尘颗粒分为:（a）飘尘（直径小于10微米）;（b）降尘（直径大于10微米）;（c）总悬浮微粒（直径小于100微米）的所有颗粒总称。即飘尘和降尘的总和。（1）气溶胶状态污染物②烟尘定义：一般指由冶金或化学过程形成的固体粒子气溶胶或由燃烧过程产生的飞灰和黑烟。特点：粒度大都比较细，其粒子直径仅为0.01-0.1微米左右③雾定义：雾是气体中液滴悬浮物的总称，它是由流体蒸汽的凝结液体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、油雾、碱雾等。大气气溶胶大气中悬浮均匀分布的相当数量的固体微粒和液体微粒，如海盐粉粒、灰尘（特别是硅酸盐）、烟尘和有机物等多种物质，所构成的稳定混合物，统称为气溶胶粒子。半径10-2—10-8cm主要来源有自然源和人工源两种。青岛大气气溶胶水溶性无机离子研究:季节分布特征结果表明，SO42－、NO3－、NH4+和Cl－是TSP中水溶性离子的主要成分，四者质量浓度之和占总水溶性离子质量浓度的86.9%．颗粒物浓度在晴天时最低，其次是雾天，再次是烟雾和霾，沙尘天气下质量浓度最高．气溶胶对气候变化的影响利用长期的地面降水和能见度资料，分析了华北地区人为气溶胶对区域降水的可能影响。从而得到人为气溶胶污染确实是使局地降水量减少的结论。这一现象对夏季的降水较为明显,可以认为局地的人为气溶胶通过对流活动影响到对流云的降水效率。气溶胶对气候变化的影响21风沙22风沙23北京的风沙24沙尘暴25沙尘暴2007年2月28日凌晨1时55分左右，新疆一列火车在吐鲁番境内遭遇特大沙尘暴，列车被狂风吹翻，目前至少有4人死亡。28日凌晨1时55分左右，新疆一列火车在吐鲁番境内遭遇特大沙尘暴，列车被狂风吹翻，目前至少有4人死亡。26沙尘暴甘肃乍得强风扬起地面的尘沙,使空气浑浊，水平能见度小于1km的风沙现象。28VisibilityreductionbyairpollutioninTheNetherlandsInordertoinvestigatethenatureofhazeintheWpartoftheNetherLandstheambientairqualitywasmonitoredduring1979–1981.Onanaverage,83%ofthetotallightextinctionwasduetoscatteringbyfineparticles,theremainderwasduetoscatteringbygasesandabsorptionbygasesandparticles.Averaging39%ofthefineparticlemass,(NH4)2SO4,NH4HSO4andassociatedwateraccountedfor35%ofthetotallightextinction.（2）气体状态污染物气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。气态污染物的种类很多，大部分为无机气体。含硫化合化物（民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂）SO2、H2S；含氮化合化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂），NO、NH3；碳的氧化物（CO、CO2）；卤素化合物（氟化物、氯化物、制碱厂）、HF、HCI；有机物质的污染2930一次污染物：直接从污染源排放的污染物。主要有SO2、H2S、NO、NH3、CO、CO2、HF、HCl、C1—C12化合物。二次污染物：是指由一次污染物在大气中互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。主要有SO3、H2SO4、O3、NO2、醛类、酮类、酸类。气态污染分类（2）气体状态污染物①硫氧化物主要指SO2和SO3、H2S硫氧化物来源：化石燃料燃烧、以及含硫化物矿石的焙烧、冶炼等过程。湿度大情况下，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是形成酸雨的主要来源。二氧化硫是一种无色的刺激性气体,腐蚀性很大，会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可以造成肺气肿和支气管炎。并加重哮喘病情。二氧化硫破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。（2）气体状态污染物31（2）气体状态污染物②氮氧化物是NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等的总称，造成大气污染的NOX最主要是NO和NO2。氮氧化物来源：主要来源于人类生产生活活动，以汽车尾气排放造成的污染最为严重。氮氧化物危害：1）氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物质之一2）是形成光化学烟雾的重要物质3）是消耗臭氧的重要因子4）NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居民产生急性呼吸道病变的一种原因5）可腐蚀织物、材料、破坏染料，使它褪色6）危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎33③碳氧化物指CO和CO2。CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。CO2是一种无毒的气体，是大气中的“正常”成分，主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中CO2浓度逐渐升高，每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而形成全球气候变化。（2）气体状态污染物34④有机化合物有机化合物种类很多，从甲烷到长链聚合物的烃类大气中的挥发性有机化合物（VOC）。一般是C1－C10化合物，它不完全相同于严格意义上的碳氢化合物，因为它除含有碳和氢原子外，还常含有氧、氮和硫的原子。HC是自然界中必不可少的物质，主要指烷烃、烯烃和芳香烃等具有挥发性的有机物，它们主要是由碳原子和氢原子组成。碳氢化合物主要来源于自然界植物分解。（2）气体状态污染物35PresentandfutureemissionsofairpollutantsinChina::SO2,NOx,andCOAspartoftheCHINA-MAPprogram,sponsoredbytheUSNationalAeronauticsandSpaceAdministration,regionalinventoriesofairpollutantsemittedinChinaarebeingcharacterized,inorderthattheatmosphericchemistryoverChinacanbemorefullyunderstoodandtheresultingambientconcentrationsinChinesecitiesandthedepositionlevelstoChineseecosystemsbedeterminedwithbetterconfidence.PresentandfutureemissionsofairpollutantsinChina::SO2,NOx,andCOThispaperpresentsestimatesofemissionsofthreeofthemajorairpollutantsinChina:sulfurdioxide(SO2),nitrogenoxides(NOx),andcarbonmonoxide(CO).Emissionsareestimatedforeachofthe29regionsofChinacoveredbytheRAINS-ASIAsimulationmodel,includingHongKongandTaiwan.AllsectorsoftheChineseeconomyareconsidered,includingthecombustionofbiofuelsinruralhomes.Datafor1990and1995arepresented,aswellastwoprojectionsfortheyear2020underalternativeassumptionsaboutlevelsofenvironmentalcontrol.Sulfurdioxideemissionsareprojectedtoincreasefrom25.2mtin1995to30.6mtin2020,providedemissioncontrolsareimplementedonmajorpowerplants;ifthisdoesnothappen,emissionscouldincreasetoasmuchas60.7mtby2020.Emissionsofnitrogenoxidesareprojectedtoincreasefrom12.0mtin1995tosomewhereintherangeof26.6–29.7mtby2020,withlittleinthewayofpollutioncontrolsorotheremissionreductionmeasuresinplace.Emissionsofcarbonmonoxideareprojectedtodeclinefrom115mtin1995to96.8mtin2020,duetomoreefficientcombustiontechniques,especiallyinthetransportationsector;ifthesemeasuresarenotrealized,carbonmonoxideemissionscouldincreaseto130mtby2020.Emissionsofallthreespeciesareconcentr