《平流层光化学》PPT课件

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1、第三章平流层的光化学环科院焦岩第三章平流层的光化学O3层形成的化学理论微量成分的循环及其对O3的影响臭氧层的破坏和耗损O3浓度远高于对流层中的O3浓度，并在20～30km高度上出现浓度的极大值O3对紫外辐射吸收也为平流层加热提供了强的能源第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层的大气组成太阳辐射中紫外辐射所引起的系列复杂过程从地面排放而被缓慢输入平流层的长寿命物质O3是平流层大气最关键的组分O3吸收210～320nm的绝大部分的紫外辐射O3是平流层的主要热源第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层中多种微量成分第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层中主要元

2、素族的年生消率与通量1.N2O和CH4来自对流层2.H2O通过CH4的光化学反应生成第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层大气中的臭氧1840年，闻到臭氧1881年，Hartley指出平流层存在臭氧层1930年，Chapman提出平流层臭氧形成的模式20世纪70年代，平流层臭氧理论深入发展光化学过程、辐射过程与大气动力学过程20世纪80年代，南极臭氧空洞现象推动臭氧层耗损研究---全球气候变化主要研究课题第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层氧和臭氧对太阳紫外辐射的吸收A：大气界面；B：地面；C：>30km第三章平流层的光化学环科院焦岩太阳辐射穿过大

3、气层的深度在129～242nm之间O2有3个吸收带；O3主要吸收带在200一300nm，在可见段也有吸收，也能吸收红外辐射。从大气上界经过大气层削弱到原来1/e的通量的所在高度第三章平流层的光化学环科院焦岩O2的光解反应第三章平流层的光化学环科院焦岩O3的光解反应第三章平流层的光化学环科院焦岩臭氧层生成的Chapman纯氧理论Chapman于1930年提出一个平流层臭氧生成与清除的光化学机制第三章平流层的光化学环科院焦岩采用稳态近似法处理R1,R4<

4、光化学环科院焦岩受激分子发出红外辐射的现象气辉现象O2生消平衡时：发射气辉的光子产率：第三章平流层的光化学环科院焦岩奇氧族循环示意图第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层中几个主要物种族循环源分子：在对流层相对寿命较长，进入平流层后，发生解离，产生自由基。（H2O,N2O,CH4/CFCs）活性基：由源分子产生的中间体，寿命短，引发反应。HOx(OH,HO2),NOx(NO,NO2),ClOX(Cl,ClO)储库分子：活性基与其它物种分子结合，生成稳定的长寿命分子，使链反应中止。HNO3,HCl,ClONO2,N2O5第三章平流层的光化学环科院焦岩

5、奇氢族的循环平流层奇原子氢HOx主要产生机制：平流层奇原子氢HOx主要消耗机制：第三章平流层的光化学环科院焦岩奇原子氢HOx组分间的转化通过奇氢与奇氧强的反应耦合实现在平流层中、上部：[H]<<[OH]<<[HO2]循环1：（平流层上部）净反应：第三章平流层的光化学环科院焦岩循环2：（平流层中部）净反应：循环3：（平流层下部）净反应：净反应为Ox变为O2,HOx为催化剂第三章平流层的光化学环科院焦岩HOx的重要储库分子H2O2、HOCl、HNO3H2O2第三章平流层的光化学环科院焦岩纯氢氧族的光化反应循环1.生成H2和H20为终止产物2.在黑夜环

6、境下，HOx的源急剧减小，奇氢族通过生成H2O的反应而消耗，相应地OH和HO2的浓度在夜间稳定下降。而当太阳升起后，通过O(1D)与H2O的反应和H2O2的光解，HOx很快得到恢复第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层奇氮族的循环平流层NOx主要来源：（源）平流层NOx主要清除过程：（汇）输送到大气的其它领域，如对流层第三章平流层的光化学环科院焦岩平流层中NOx的分布情况：25km以上，主要以NO与NO2形式存在；25km以下，主要以HNO3形式存在；平流层中NO与NO2的量大约为10ppb第三章平流层的光化学环科院焦岩基本的氧和氮反应采用稳态近似

7、法处理，即：k1k3J2第三章平流层的光化学环科院焦岩NOx清除O3的主要催化循环反应净反应：NOx对O3的清除效应受制于排放高度,上式适用于中、上平流层，在低平流层O3会增加（1）（2）第三章平流层的光化学环科院焦岩HOx与NOx区别：HOx的主要组成与源成分H2O有迅速的循环，NOx则没有。HOx在平流层平均停留时间为几小时或几天，而NOx为几年。联系：反应足够快，影响到OH与HO2的比例第三章平流层的光化学环科院焦岩氢－氮系统的循环（SeinfeldandPandis，1997）第三章平流层的光化学环科院焦岩HNOx的生成HNO3,HNO2

8、,HO2NO2NOx的重要储库分子，能削弱破坏O3的催化反应生成HNO3的总量主要取决于OH的浓度O3的消耗取决于以上所有反应的竞争结果