大连理工大学：《环境化学》课程电子教案（PPT教学课件）第二章 平流层化学、臭氧层 Stratospheric Chemistry, The Ozone Layer

第二章平流层化学、臭氧层 Chapter 2. Stratospheric Chemistry, The Ozone layer

第二章 平流层化学、臭氧层 Chapter 2. Stratospheric Chemistry, The Ozone Layer

1.简介 1·天气和大气圈 「天气圈由薄层夏盖地球 Air and Atmosphere表面的混合气体组成。 CO2(0.02-0.04%) The atmosphere consists O2(20.95%) of the thin laver of mixed 2(78.09%) I gases covering the earths surface Ar (argon, 0.93%) argon I lnf化l氫光化学反应,光解,光降 HO 1解 o Photochemical reactions ·紫外射线 photolysis, Ultraviolet radiation photodegradation

 1. 简介  大气和大气圈 Air and Atmosphere CO2 (0.02-0.04%) O2 (20.95%) N2 (78.09% ) Ar (Argon, 0.93%) argon [ ] n. [化] 氩 H2O  紫外射线 Ultraviolet radiation 大气圈由一薄层覆盖地球 表面的混合气体组成。 The atmosphere consists of the thin layer of mixed gases covering the earth’s surface. 光化学反应，光解，光降 解  Photochemical reactions, photolysis, photodegradation

G1.简介 气相环境浓度单位 Environmental concentration units for gases Parts Per Million(ppm, 100) Parts Per Billion(ppb, 109); Parts Per Trillion(ppt, 102 Parts Per Hundred Million(pphm, 108 In order to emphasize that the concentration scale is based upon molecules or volumes rather than upon mass, a v(for volume) is sometimes shown as part of the unit, e. g 100 ppm or 100 ppmv. 1mg/L浓度的硝基苯水溶液相当于1ppm, 在空气中1mg的硝基苯也相当于1ppm吗?

 1. 简介 气相环境浓度单位 Environmental Concentration Units for Gases Parts Per Million (ppm, 106 ); Parts Per Billion (ppb, 109 ); Parts Per Trillion (ppt, 1012) Parts Per Hundred Million (pphm, 108 ) In order to emphasize that the concentration scale is based upon molecules or volumes rather than upon mass, a v (for volume) is sometimes shown as part of the unit, e.g., 100 ppmv or 100 ppmv. 1 mg/L浓度的硝基苯水溶液相当于1 ppm， 在空气中1 mg/L的硝基苯也相当于1 ppm吗？

2.大气温度层结 大气温度层结 由于地球的旋转作用以 及距地面不同高度的各层次 Stratification of the 大气对太阳辐射吸收程度上 Atmosphere 的差异,使得描述大气状态 的温度、密度等气象要素在 垂直方向上呈不均匀分布 stratification 人们把静大气的温度和 密度在垂直方向上的分布称 为大气温度层结和大气密度 n.层化,成层,阶层的形成层结

大气温度层结  2. 大气温度层结 stratification [ ] n. 层化，成层，阶层的形成 由于地球的旋转作用以 及距地面不同高度的各层次 大气对太阳辐射吸收程度上 的差异，使得描述大气状态 的温度、密度等气象要素在 垂直方向上呈不均匀分布。 人们把静大气的温度和 密度在垂直方向上的分布称 为大气温度层结和大气密度 层结。 Stratification of the Atmosphere

2.大气温度层结 对流层 Troposphere 「气对流层 高度为11~12米;温度变化特点是:通常06K/100m;气体 垂直运动激烈;含有大气全部质量的3/4和几乎全部水气, 复杂的天气现象。(15℃~56℃) 平流层 Stratosphere n.[气]同温层 高度为12~50km;温度随高度的增高而递增;垂直对流少, 大气稳定。(-56℃~2℃)

对流层 Troposphere 高度为11~12米；温度变化特点是：通常0.6K/100 m；气体 垂直运动激烈；含有大气全部质量的3/4和几乎全部水气， 复杂的天气现象。(15℃~-56 ℃)  2. 大气温度层结 [ ] n. [气] 对流层 [ ] n. [气] 同温层 平流层 Stratosphere 高度为12～50 km；温度随高度的增高而递增；垂直对流少， 大气稳定。（-56℃ ~-2 ℃）

G2.大气温度层结 O2+h→0+0 小知识 135~176nm; decimeter(dm); centimeter(cm) 240~260nm millimeter(mm) micrometer(pm)(测微计、千分 O3+h→0+02 尺、微米); nanometer(nm); angstrom(A) 200-300 nm, 300-360 nm angstrom =254nm n埃(光谱线波长单位) O+O2+M→O3+ M: liter(L) milliliter(mL); microlitre(uL)

135~176 nm; 240~260 nm O3 + hv  O + O2 200-300 nm, 300-360 nm λmax = 254 nm 小 知 识 decimeter (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (µm) (测微计、千分 尺、微米)； nanometer (nm); angstrom (Å); liter (L); milliliter (mL); microlitre (µL)  2. 大气温度层结 O + O2 + M  O3 + M O2 + hv  O + O angstrom [ ] n. 埃（光谱线波长单位）

2.大气温度层结 中间层 Mesosphere n.[气中间层 高度为48~78km;气温随高度的增加而降低;空气运动 激烈;(meso-) 热层(电离层) Thermosphere 气]热层 高度为80~800km;温度随高度增加而迅速上升; 散逸层 Exosphere 气]外逸层 空气非常稀薄

 2. 大气温度层结 中间层 Mesosphere 高度为48～78 km；气温随高度的增加而降低；空气运动 激烈；(meso-) 热层 (电离层) Thermosphere 高度为80～800 km；温度随高度增加而迅速上升； 散逸层 Exosphere 空气非常稀薄 [ ] n. [气] 中间层 [ ] n. [气] 热层 [ ] n. [气] 外逸层

2.大气温度层结 100 热层 中间层顶 中间层 16 60 平流层顶 40 平流层 20 4 对流层顶 对流层 00.210.410.6 1.0 160 200 240 280 0.8 7(k) 图2-1大气温度的垂直分布 图22大气密度的垂直分布

 2. 大气温度层结 图2-1 大气温度的垂直分布 图2-2 大气密度的垂直分布 热层 中间层顶 中间层 平流层顶 对流层顶 平流层 对流层 100 80 60 40 20 0 160 200 240 280 T(K) Z(km) 0.8 0 20 4 8 12 16 Z(km) 0 0.2 0.4 0.6 1.0 ρ0 / ρ0s

2.大气温度层结 coming solarradiation 500km1200℃ toP>IO2l O2+,O”,NO Thermosphere High energy ultraviolet: A <100 nm, Infrared, visible, and ultraviolet Ultraviolet: Penetration to 200 km 200-330nm, 2330 nm, penetration to Eearth's penetration surface to 50 km 1200km,|O=|O2l 5km-92℃ Mesosphere O, NO 50km--2℃ O3+h(220m330mm)→O2+O Stratosphere 10-16km Troposphere H20, cO, .I Sea level ●● Eath:° Figure 2-3 Major regions of the atmosphere(not to scale)

 2. 大气温度层结 Figure 2-3. Major regions of the atmosphere (not to scale). . . . . . . . .. . Earth . Sea level Stratosphere N2, O2 Troposphere H2O, CO2 Mesosphere Thermosphere O3 10-16 km 50 km 85 km 500 km 15 ℃ -56 ℃ -2 ℃ -92 ℃ 1200 ℃ O3 + hv (220 nm-330 nm) → O2 + O O2 + , NO+ Incoming Solar radiation [O]>>[O2 ] O2 + , O+ , NO+ 1200 km, [O]=[O2 ] High energy ultraviolet: λ330 nm, penetration to Eearth’s surface Ultraviolet: λ200-330 nm, penetration to ～ 50 km

3.臭氧层的形成与损耗 臭氧的形成(天然) 臭氧层存在与对 O2+h→O+O(2<243nm) 流层上面的平流 20+20,+M→203+M 层中,主要分布1 在距地面10-50 3O2+hu→203 km的范围内,峰 值浓度在20-25 臭氧形成:人为来源 km处。 NO2+h→NO+O(<420nm) O+O2+M→O3+M

臭氧的形成 (天然)  3. 臭氧层的形成与损耗 O2 + hv  O + O (λ < 243 nm) 2O + 2O2 + M  2O3 + M 3O2 + hv  2O3 臭氧层存在与对 流层上面的平流 层中，主要分布 在距地面10-50 km的范围内，峰 值浓度在20-25 km处。 NO2 + hv  NO + O (λ < 420 nm) O + O2 + M  O3 + M 臭氧形成：人为来源