怎么看地球大气 和大气化学？
• 地球大气是氧化性介质 • 地球大气是一个多相化学体系
气体、云雨、粒子 • 大气化学过程往往由光化学开始
自由基反应起关键作用 • 大气化学反应包括均相和非均相反应。 • 大气化学反应往往是非平衡的 • 大气化学是交叉学科 • 大气化学研究包括各圈层间相互作用 • 大气化学着重研究物种 在大气中的循环
Global Envionmental Outlook 2000
几个重要的大气环境化学课题
• 1 酸沉降 • 2 大气气溶胶 • 3 平流层臭氧损耗 • 对流层臭氧增加 • 4 大气化学与气候变化
干吗要学大气环境化学
• 从化学的角度理解大气科学 • 识别重要的环境因素、加强环境意识 • 通过监测、试验弄清机理和规律 • 预报变化，研究控制对策 • 。。。。
描述气体含量的方法
混合比 (ppm, ppb, ppt) 质量浓度 (μg·m-3) 摩尔浓度 (mol·m-3) 数浓度 (cm-3) 分压 (hPa、mPa)
ppbv、 ppbm
大气组成分类
按浓度分类
主微要量成成分分：：浓 浓度 度为 在百1p分pm之v到几1，%如，N如2，COO22，，AHr2。O，CH4，
7, G.Brasseur et al, 1999 Atmospheric chemistry and global change,Oxford,
§1.2 大气的结构和组成 认识大气层
天 有 多 高 ？
大气垂直结构
各层大致高度
对流层顶的高度
全球平均温度分布
大气状态方程和组分浓度
• 目的：描述某成分在大气中的量 • 变量：质量浓度，数浓度，摩尔浓度，混合比 • 单位变换
Atmospheric Chemistry and Physics,
Weiley
5，D.Jacob, 1999（有电子版） Introduction to Atmospheric Chemistry, Precton,
6, P.Hobbs, 2000 Introduction to Atmospheric Chemistry, Cambridge,
大气环境化学
2020/9/29
北京大学物理学院大气科学系
1995年诺贝尔化学奖
The 1995 Nobel Prize in Chemistry for their work in atmospheric chemistry, particularly concerning the formation and decomposition of ozone.
第一章 地球大气的组成和演化
§1.1 大气化学研究的对象和内容 §1.2 大气的结构和组成 §1.3 地球大气的演化
§1.1 研究的对象和内容
了解大气科学的历史是有用的
P. J. Crutzen and V. Ramanathan The Ascent of Atmospheric Sciences
? 1天 10 天 10 年
循环 生物或微生物循环 生物或微生物循环
目前世界面临的最严重的环境问题
温室效应造成气候变暖 平流层臭氧减少 酸雨蔓延 光化学烟雾 烟霾尘埃
海洋污染、赤潮 江河湖泊地下水水体污染
土地荒漠化 森林锐减 固体废弃物污染 生物多样性减少
简直糟透了?！
国际科协 理事会环 境污染问 题科学委 员会的问 卷调查50 多个国家 200名科 学家关心 的未来主 要问题
地球系统环境圈层间的相互作用
大气圈
生物圈
岩石圈
水圈
全球气候系统与大气化学
大气中主要化学过程
臭氧耗损、臭氧洞
全球气候变化
光化污染
能见度
光氧化物 气体粒子转化 霾
区域气候
CCN 再悬浮
酸沉降 云雨
SO2、NOx、 VOC 、 NH3 、 CO2、CO、扬尘、 Soot、粉尘、CFC’s
人类活动排放的初始大气污染物和次生大气污染物
• 实验室实验 光化学烟雾箱，反应速率，排放因子 风洞测扩散等
• 数值模拟 拉格朗日、欧拉 气象模式+空气质量模式+地面系统
参考书目
1，秦瑜、赵春生, 大气化学基础（有电子版）
2，唐孝炎，大气环境化学，高教出版社
3，王明星，大气化学，气象出版社
4，J.Seinfeld and J.Pandis, 1999
He
平均浓度 ppm 780840 209460 9340
18
1.1
0.09
1.65 332 0.05～0.2 0.58 0.33 10-5—10-4 10-4—10-3 10-6—10-2 10-2—10-1 10-5—10-3 变化 5.2
停留时间 106 年 10 年 ─
─
─
─
7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天
He 等。
痕量成分：浓度在1ppmv以下。
按生命时间分类
定可快常变变成成成分分分：： ：寿寿寿命命命在在在1几1年0年0以年到下以十。上几如，年H如，2NO如2，，C…OO2…2，，..和H. 2惰，性CH气4体等。。
பைடு நூலகம்
地球大气气体的组成
气体
N2 O2
Ar Ne Kr Xe CH4 CO2 CO H2 N2O SO2 NH3 NO+NO2 O3 HNO3 H2O
北京大学物理学院大气科学系
物理化学
天气学，大气动力学，边界层物理学
大气辐射学 云雨物理化学
边界层物理学 云雨物理化学
生物地球化学，微生物学
生态学
不同尺度的大气运动过程
大气化学研究的趋势
• 主要成分 微量成分 痕量成分
• 局地
区域
全球
从氧到臭氧。。。 从平流层到对流层
大气化学研究方法
• 外场实验 集中外场强化观测、和长期监测
Science, V290, N5490, pp. 299-304. issued on 13 Oct. 2000,
发展历史
大气化学是大气科学最年轻的分支。然而
“叙述人类对大气本质认识发展的故事 大部分是在写化学和物理的历史”
• 18-19世纪，试图确定大气的主要化学组成。 • 上世纪初期，研究重点开始转移到痕量气体上来。 • 上世纪20年代开展了臭氧观测和平流层臭氧理论研究。 • 50—60年代的局地大气污染：光化学烟雾，酸性雨等。 • 70—80年代的区域大气化学研究。 • 80年代提出了全球变化问题。