解放军文职招聘考试环境化学

 将大气、水、土壤、生物等各个圈层分开讲述，只是为了讲述上的方便，实际上环境中各个圈层之间的环境化学行为是相互联系的。
第一章：绪论
Environmental Chemistry—Chemistry is all around us。
我们生活的环境无处不包含着化学过程，而且这些化学过程也在时时刻刻影响着我们生存的环境，为了说明化学和环境之间密不可分的关系，先讲述两个小故事：
1）CO—CO2：早期的汽车尾气中，燃烧不充分，排放较多的CO。人们很早就认识到CO对人类的毒害性，因此想尽办法改善内燃机的燃烧效率，燃烧充分完全，这样尾气中排放的CO大大减少，这样大大净化了空气。但是充分燃烧的C又转化为CO2，这是不可避免的。后来人们才认识到大量的CO2会导致全球气候变暖（Global Warming），最终导致的全球气候问题可能更难于控制。
2）HC—NOx：在早期的洛杉矶烟雾发生时，人们当时认为这主要是由于其中碳氢化合物（HC）和CO导致的，因此出台了许多规定，严格限制汽车排放的HC和CO。为此汽车制造商大动脑筋，增加空气/染料比率来使燃烧更为充分，从而减少HC和CO的排放量。但是人们马上又认识到，这样做的代价就是尾气排放量增加，而且其中含有的NOx也明显增加了，这又是导致酸雨的重要污染气体。
——Dilemma—Environment Coin
3）為什麼雨過天晴使人精神爽快?  這不僅是因為風雨洗淨了空氣當中令人討厭的塵埃，也是由於經過雨水淋洗之後，空氣當中二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氯化氫、氨等不良氣體成分溶於水中，使空氣得到純化，人們呼吸到了新鮮空氣。使人感到精神爽快還有一個重要原因，就是在下雨的時候，常有雷電現象發生。一般雷電發生時，可以產生高達二萬至二十萬安培的電流。使空气分子电离，导致臭氣的生成：
O2=O+O
O+O2=O3
臭氣不稳定，在空氣中可不斷分解，釋放出氧原子。這樣實質上就延長了氧原子在空氣中存在的時間，並使氧原子從雷電生區域擴散到大氣其他部分。游離的氧原子具有強烈的氧化作用，它可以殺死空氣中的某些病菌，起到消毒作用
虽然环境中无时无刻不存在化学问题，但是人们真正对环境化学的研究是从对付环境问题开始的。
一、环境问题—旧话重提
1、环境
1）定义
环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。
中心事物和环境总是相互关联，相互适应的，例如：
小麦种在麦仙翁的野草中，产量明显提高；
羊角芹的种子同期它植物种子种植在一起，其它植物不会发芽；
黄鱼不能生长在淡水中；
鲤鱼不会生长在海水中；
人体血液中元素含量和地壳中元素的丰度具有高度的一致性；
2）分类：
环境包括自然环境和社会环境两大部分。 自然环境是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。 “直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，简称为环境。 社会环境是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。
《中华人民共和国环境保护法》把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”
2、环境问题
1）定义
全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。
2）分类
原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等
次生环境问题：由于人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。又包括：环境污染和生态破坏。目前的环境问题一般都是次生环境问题。
生态破坏：人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和机构显著该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。
环境污染：人类活动产生的副产品和废物进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，便环境系统的结构与功能发生变化，对生态系统产生的一系列干扰和侵害，如水污染、大气污染、酸雨、臭氧层破坏、海洋污染等等。具体地说：环境污染就是指有害物质对大气、水、土壤和动植物污染并达到有害的程度。
3）认识过程
20世纪60年代，人们只把环境问题作为污染来看待，认为环境问题就是大气污染、水污染、噪声污染、土壤污染。没有认识到生态破坏的问题，对土地荒漠化、水土流失、物种灭绝、热带雨林破坏等并没有从环境问题的角度去认识。对环境的认识也只是为了保护人们的生存健康，没有注意将环境问题和自然生态联系起来，低估了环境问题的危害性和复杂性。例如：我国当时早期的环境管理就是“以污染控制为中心”，早期得环境管理实际上就是“三废管理”，早期的一些院校内设“三废系”。
20世纪79年代，1972年联合国，瑞典，斯德哥尔摩“人类环境会议”，将环境污染和生态破坏提升到同一高度看待。“环境问题不仅表现在对水、大气、土壤等的污染，而且表现在生态的破坏和资源枯竭”，并正式组建UNEP（联合国环境规划署）从规划上解决生态环境问题。但仍旧是一种“防治”的态度。
20世纪80年代，1987年，由挪威首相布伦特兰夫人组建的“联合国世界环境与发展委员会”发表了《我们共同的未来》。环境问题：是我们共同的问题，需要共同来对待，共同承担起责任，途经是“可持续发展”。转到“防止”态度上来。
20世纪90年代，1992年，巴西，里约热内卢，联合国环境与发展大会，强调和正式确立了可持续发展的思想，并形成了当代的环境保护的主导意识。所以说今后的对待环境污染和生态破坏的态度应是：“防止”+“防治”。这就需要研究清楚污染物在环境各个生态圈层中的迁移、转化和归宿过程，因此环境化学一经产生，就得到重视，并迅速发展起来。
实际上，环境化学是在人类对环境污染控制的长期实践中逐步发展起来的。因为早期人们对环境问题的认识集中在“污染控制”上，而实际上早期的许多著名的环境问题，绝大多数是由于化学物质引起的，调查表明，造成环境污染的因素中，化学物质占80—90%。
例如：
1984年12月3日，印度博帕尔，美国联合碳化物公司印度子公司泄漏46吨剧毒的异氰酸甲酯，造成20万人中毒，10万人残废，4万人重伤，3000人死亡。该事件三年后，当地人立碑纪念：“不要广岛，不要博帕尔，我们要生存，献给1984年12月3日在一场由跨国联合碳化物杀人公司造成的灾难中丧生的人们”。
1930年12月初，比利时马斯河谷工业区，出现逆温，工业区排放的多种有毒有害气体累积，一周内造成60多人死亡；
1991年的海湾战争，点燃700多口油井，每天烧掉500万桶原油，流入大海约3.5-7亿吨原油。1L原油在水面扩展1000m2，扩展为56km*16km的污染带，飘到哪里，死亡就降临到哪里，初步统计有200万只海鸟丧生。战后1991年7月，伊朗突降“黑雨”，珠穆朗玛峰上突降“黑雪”。
1986年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏爆炸事件，使北欧、东欧等国大气层中放射性尘埃增高达一周之久,是世界上第一次核电站污染环境的严重事故。
其它：洛杉矶光化学烟雾、水俣病事件（汞，神经系统）、痛痛病事件（Cd，全身疼痛）。
南极企鹅体内检出DDT，曾经认为非常安全的氯氟烃类物质也会进入平流层，引起臭氧层的破坏。
二、环境化学—时代需要
环境污染问题促进了环境化学研究的发展：为了探讨环境问题，逐渐发展了新的研究方法和手段，提出新的观点和理论，于是形成了一门新的化学分支学科----环境化学。
1、环境化学的发展大致可以划分为三个阶段：
孕育阶段(1970年以前)：1950年代开始，1960年代的酝酿和准备。针对早期的污染控制工作和污染防治工作，结合化学的理论，提出了环境化学的一些基本观点。
形成阶段(70年代)：虽然最早是一门化学分之学科，但并最早并不是由从事化学研究的学者开始的。主要是由于非化学专业的研究人员提出的，如湖泊学、生态学、生物地球化学等方面的学者提出的。如农药对水生生物的影响，湖泊的富营养化，环境中元素的地理分布等。
发展阶段(80年代以后)：进入新的发展阶段，各研究领域开始向纵深发展。出现一些新的趋势。
第一个趋势是全面开展对主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化学循环和主要循环之间的相互作用，人类活动对这些循环产生的干扰和影响，以及对这些循环有重大影响的各种因素的研究。
第二个趋势是重视化学品安全评价。
第三个趋势是80年代出现的全球变化研究，涉及臭氧层耗损、全球变暖、海干面上升这样一些次级环境效应或更高级环境效应的研究。
第四个趋势是污染控制化学的研究，从深入地开展末端控制的过程化学和材料化学研究以寻找更加高效的控制方法和材料，逐步转向“污染预防”概念的研究。80年代末到90年代初，提出了“污染预防”、“清洁生产”、“零排入”等概念。2、环境化学的概念
1972年R.A Honne在所著《环境化学》定义：“环境化学是研究岩石圈、水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成和其中发生的过程，特别是界面上的化学组成和过程的学科”。
戴树桂等认为：“环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支”。《自然科学学科发展战略研究报告：环境化学》一书提出：“环境化学是一门研究潜在有害化学物质在环境介质中的存在、行为、效应（生态效应、人体健康效应及其它环境效应）以及减少或消除其产生的科学”。Environmental Chemistry may be defined as the study of the sources（来源）, reactions（反应）, transport（传输）, effects（效应）, and fates（归宿） of chemical species in water, soil, air, and living environments（水、大气、土壤、生物环境）, and the effects of technology thereon. ------[Environmental Chemistry( seventh edition ) 2000, Stanley E. Manahan]3、环境化学的内容
从上述概念上，可见这些经典定义都离不开下面几个关键词：
“水、大气、土壤、生物环境”—环境介质
离不开“来源、反应、传输、归宿”—环境过程
“生态效应、人体健康效应”—环境效应
“控制，消除”—环境控制。
由此可得到环境化学主要内容为：
（1）查明潜在有害物质在环境介质中存在，浓度水平和形态分布；
（2）对这些潜在有害物质溯本求源，并查明它们在环境介质中和不同环境介质之间的迁移转化和归宿(环境行为)；
（3）查明这些潜在有害物质对环境(生态系统)和人体健康发生作用的途径、方式、程度和风险；
（4）探索缓解或消除这些有害物质已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径。
4、环境化学的分支学科（三个）
（1）环境分析化学：无机分析、有机分析。对环境中的无机、有机污染物进行分析、测试和鉴别的化学分支。如对多环芳烃(PAHs)、多氯联苯（PCBs）、挥发性有机物、重金属等等的监测分析。
（2）各圈层环境化学：大气环境化学（颗粒物、酸沉降、臭氧损耗、全球变暖，光化学以及自由基反应）、土壤环境化学（农药排放和污染、温室气体的排放、土壤多孔介质中污染物的迁移转化）、水环境化学（河流、湖泊、海洋、地下水污染，重金属以及金属甲基化），分别研究化学污染物在大气、水、土壤环境中的化学行为和生态效应。
（3）环境工程化学：大气污染控制化学、水污染控制化学、固废污染控制化学。利用工程化的手段和方法来处理污染，过去一般集中在末端控制方面。
5、环境化学的研究特点（三个）
（1）以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；
（2）研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。
（3）物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10-12，因此其监测和分析很重要，所以如PCBs、PAHs、二恶英的监测分析等。
三、环境污染物
1定义
环境污染物：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。
2环境污染物类别
环境污染物按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。
          按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物。
          按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。
人类社会不同功能产生的污染物
工业：工业生产对环境造成污染主要是由于对自然资源的过量开采，造成多种化学元素在生态系统中的超量循环；能源和水资源的消耗与利用；生产过程中产生的“三废”。
农业：农业对环境产生污染主要是由于使用农药、化肥、农业机械等工业品，农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥料中常含有细菌和微生物。交通运输：污染主要是噪声、汽油(柴油)等燃料燃烧产物的排放和有毒有害物的泄漏、清洗、扬尘和污水等。
生活：生活活动也能产生物理的、化学的和生物的污染，排放“三废”。分散取暖和炊事废气、生活污水、生活垃圾等。3化学污染物
目前一般分为9大类
(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl
(2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN
(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃
(4)金属有机和准金属有机化合物： 四乙基铅、三丁基锡
(5)含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等
(6)有机氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）
(7)有机卤化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚
(8)有机硫化合物：硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯
(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯
4优先控制污染物（黑名单）
美国环保局基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素，从7万余种有机化学物中筛选出65类，129种优先控制的污染物名单。其中有毒有机化合物有114种，占总数的88.4%。包括21种杀虫剂，8种多氯联苯及有关化合物，26种卤代脂肪烃，7种卤代醚，12种单环芳烃，11种苯酚类。6种邻苯二甲酸酯，16种多环芳烃，7种亚硝胺及其他化合物。欧州经济共同体 于1975年提出有毒化合物的“黑名单”和“灰名单”。
联邦德国和荷兰也提出有机污染物的控制名单。中国优先控制的有毒有机化合物：在“黑名单”中，共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，包括10种卤代(烷、烯)烃类，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯。7种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈和2种亚硝胺。四、环境效应
自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。
一般按环境变化的性质划分，可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应。
1、环境物理效应
由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应。例如：噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应、城市增雨效应。
2、环境化学效应
在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应。
例如：湖泊酸化、土地盐碱化、光化学烟雾、臭氧层破坏。
3、环境生物效应
环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。
例如：水利工程破坏水生生物的洄游途径、生物由于环境污染而死亡绝迹、重金属常常会引起生物组织的毒性反应、一些有机有毒化学物往往成为“三致”化合物。
五、几个基本概念阐述
1、环境本底
也称环境背景值（Environmental Background Value），某地未受污染的环境中某种化学元素或化学物质的含量（浓度）。目前，未受污染的环境已经基本不存在，因此获得环境本底已经十分困难，一般只能获得相对轻污染的环境背景值。例如我国1970-1980年代对长江流域进行了大规模的环境背景值研究，包括水环境、土壤环境中各种重金属的研究，这为以后该区域重金属的污染研究提供了重要的参考值。
2、环境容量
Environmental Capacity，特定环境单元在不影响其特定环境功能的情况下，能够容纳污染物的最大量。这里的特定环境功能一般以环境质量标准为依据。
例如湖泊环境容量：EC=V(Cs—CB)。V为湖泊水域体积（m3），Cs和CB分别为某种污染物的水环境质量标准和环境背景值（mg/L，g/m3）。
3、生物浓缩因子（BCF）
BCF—Biological Concentration Factor
BCF=
例如：浮游生物对铅：BCF=30—12 000，对铜BCF=400—90 000
藻类对六六六：BCF=600
鱼类对六六六：BCF=1260，鱼类对氯化甲基汞：BCF=3 000
又如有研究表明，鱼体内BCF和正辛醇—水分配系数（Poct）有关系：
lgBCF=0.76lgPoct—0.23，则只要测得某污染物的Poct，很容易得到其BCF，这为研究过程提供了方便。
4、生物半衰期（BHL）
BHL—Biological half Life，污染物进入生物体内后，在代谢作用下，污染物削减到初始浓度的一半所需要的时间，即生物半衰期。
一般，污染物在生物体内的代谢符合一级动力学方程：
（k为衰减常数）
所以：
例如在人体内衰减pb：t1/2=20a
                Cd：t1/2=13a
           无机 Hg：t1/2=45d
           气态 Hg：t1/2=58d
           甲基 Hg：t1/2=70d
5、协同作用、拮抗作用
协同作用：一种污染物的存在会导致另一种污染物的毒性或危害性增加。也称相乘作用。例如伦敦烟雾中，冶炼厂排出的SO2废气中若含有锌、铁等金属离子的烟气气溶胶，则其危害性就会大大增加。
拮抗作用：一种污染物质的毒性能够被另一种物质所抑制，称为拮抗作用。
例如：金属硒(Se)能够抑制Hg的毒性
          金属锌(Zn)能够抑制Cd的毒性
6、常用单位介绍
mg/L——一般水环境中污染物的浓度；
mg/kg——一般土壤中污染物的浓度，或生物体内污染物的浓度；
mg/m3——一般大气中污染物浓度。
ppm,ppb,ppt——10-6，10-9，10-12
LD——致死剂量，lethal dose
LD100——绝对致死剂量，lethal dose
LD50——半致死剂量，lethal dose
LD0——最大耐受剂量，lethal dose
ppm和mg/m3之间的换算（原因是有些大气污染物的浓度是用ppm表示的，有些是用mg/m3表示的）。
mg/m3×=ppm
=ppm
一般标态下（T=25℃，P=101.325Pa），摩尔体积=22.4l/mol。
一些自由基浓度为ppt级，经常用每立方厘米中的分子个数来表示，这是可以有换算关系：在标态下：每立方厘米的分子数目：n/V=2.46×1019个分子/cm3
则1ppm相当于2.46×1013个分子/cm3
1ppt相当于2.46×107个分子/cm3

 

 

 

 

 

 

 

 

第二章：大气环境化学
“我们离不开大气，如同鱼儿离不开水”——一个成年人每天需要10—12立方的空气（13kg），是每天摄取食物的10倍，是饮用水的3-4倍，一个人可以几天不饮水、不取食，但是不能几分钟不呼吸空气。

大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影响等。
当前国际三大热门环境话题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内。
重点内容:
（1）污染物在大气中的迁移
气象基础：大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、大气稳定度、大气混合层
污染物迁移影响因素：混合层、地形、逆温、山谷风、海陆风等
污染物迁移的数学模式：推导与应用
（2）污染物在大气中的转化
光化学反应基础
自由基反应和来源
氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化
（3）几种代表性的大气环境污染问题
酸雨
温室效应
臭氧层损耗
第一节、污染物在大气中的迁移
迁移：污染物由于空气的运动而使其传输和分散的过程。
原因：空气运动形成风，风的形成主要是由于温度差异引起的。所以大气中温度的差异是空气运动的动力源。
一、大气垂直分层
1962年WMO（世界气象组织），根据大气的化学成分和物理性质在垂直方向的差异，分为五层：对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。
1、对流层
平均厚度12km,赤道19km，两极8-9km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。
特点：
（1）气温随高度升高而降低。-0.65℃/100m,所以一般空气上冷下热，易于对流，这一般有利于污染物扩散，但在逆温时，则易于造成污染；
（2）空气密度大。整个厚度不大，但集中大气总质量的3/4以及几乎所有的水汽。
（3）天气复杂多变。强烈的对流地表的影响较大，地表状况的不同可能会使对流增强或减弱，甚至形成逆温，风云雨雪等多发生在这一层。
（4）对流层下部1-2km受地面摩擦的影响，具有边界层的性质，其内空气运动呈现湍流形式。由于对流而较好地混合的边界层下部称为混合层。
2、平流层
对流层顶到约50km的地方，为大气圈平流层。平流层基上温度随高度增加而升高。
特点：
（1）空气基本无对流，平流运动占显著优势。
（2）空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象，透明度极高，10-20km范围是超音速飞机的理想飞行场所。
（3）在15-35km的范围内（平流层上层），有一层厚度约20km的臭氧层，能够吸收太阳短紫外线，使平流层上部温度增高，同时也成为地球生命的保护伞。

3、中间层
从平流层顶到约85km的高度。
特点：
（1）空气更稀薄
（2）无水分
（3）温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低（-100℃）
（4）中间层种上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
4、热（成）层
（1）从80km到约800km的地方
（2）温度随高度增加迅速增高；
（3）大气更为稀薄
（4）大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波
5、逸散层
（1）800km以上高空
（2）空气稀薄，密度几乎与太空相同
（3）空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去
二、基本气象要素
对污染物扩散有重要作用的气象要素是：气温、气压、湿度、风、云量等。
1、气温
一般气象中采用的气温是指离地面1.5m高度处百叶箱中观测到的空气温度。
大气预测模型中使用的气温一般也是指该温度。
气温在水平方向的差异导致气流水平方向运动的动力，形成风，能够稀释和迁移污染物
气温在垂直方向的差异导致气流的上下强烈对流，有利于形成降水，能够冲刷污染物。
2、气压
大气的压强，一般标准状态下，大气压强p=1.01×105pa。
p=ρgh=ρgz,由于大气密度随高度增加而减小，所以压强也逐渐减小。
初始状态：        高度z：    压强p=ρgz
高度增加△z,    则高度z+△z：压强p-△p=ρgz(z+△z)
所以，得到：-△p=ρg△z
转化为微分形式则：                                           (1)（ρ密度g/m3，空气=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2）。
另外，气象学上用比气体常数来表示状态方程，其推导过程为：
pv=nRT 
=>
=>(令)
=>                                                     (2)其中R=8.314J．mol-1．K-1,M气体摩尔质量（空气的摩尔体积为22.4l．mol-1，空气密度=1.29g．l-1,所以M=22.4*1.29=28.869gmol-1）,所以R’=R/M=287 J．kg-1．K-1。
由（1）和（2）得到：
=
=>
=>
=>
=>                                         （3可见只要知道温度随高度的分布函数形式，就可以推得气压随高度的变化函数形式。
3、风
水平方向的空气运动，垂直方向则称为对流或升降气流。
一般用风向、风速来表示风的特征（矢量，既有大小又有方向）
风向一般用16个方位表示，(E   S   W  N)
风速是单位时间内空气在水平方向移动的距离（m/s）
一般风速是地面以上10m处风速仪观测得到的平均值
4、云
大气中水汽凝结的产物
一般用云量、云高来确定大气稳定度
云高：云层底部距离地面的高度，高云（>5 000m）中云（2500-5000m）低云（<2500m）
云量：云遮蔽天空的成数。将可见天空分为10份，被云遮挡了几份，云量就是几。晴空无云，云量为0，乌云遮天，云量为10.
三、气块的绝热过程和干绝热递减率
1、气团运动的绝热过程
空气在移动中总是从高压区移动到低压区，移动中空气膨胀导致降温，压缩导致升温。
当气团在水平方向运动或停留在某地时，气团内外压力变化很小，但是受附近地表的增热和冷却影响较大，即气团温度的改变主要靠热传递过程，是非绝热过程。
当气团作垂直升降运动时，虽然也和外界进行热交换，但是空气的导热系数较小，垂直方向各层经历的时间短，而气团在垂直方向的气压变化却比较大，因而气团温度的变化主要由气团的膨胀和压缩做功引起，直接热交换量甚小，即近似可视为绝热过程。
高温暖气团倾向于从地表移动到低压的高处，移动过程中，气团绝热膨胀并降温。如果气团中没有水汽凝结，冷却速率为10℃/1000m，称为温度的干绝热递减率（rd）。
然而，一般气团中都含有水蒸气，气团上升降温导致其中的水蒸气冷凝放潜热，抵消了气团的膨胀降温，得到温度的垂直递减率（r）,冷却速率为6.5℃/1000m。
当污染源排放的污染刚进入大气环境的时候，可视为一个绝热过程。
2、气团运动的绝热方程
根据热力学第一定律：
dq=du+dw(q—外界加于体系的热量，u—体系内能变化，w—体系对外做功)
绝热过程中：
外界加于体系的热量dq=0
体系对外做功dw=pdv(体系膨胀或压缩)
体系内能变化du=nCvdT(体积不变情况下，内能变化，定容比热Cv)
所以：pdv=- nCvdT                                             （4）
又由于pv=nRT,取全微分得到：pdv+vdp=nRdT                      （5）
由（4）和（5）可得：
nRdT—vdp= pdv=- nCvdT
即： 
=>
=>
=>
根据迈耶定律：R+Cv=Cp(定压比热，压力不变情况下，体系内能变化，Jmol-1K-1)
所以：
=>
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对于空气R=287 Jmol-1K-1   Cp=996.5 Jmol-1K-1
所以：
3、干绝热递减率
气团干绝热升高或降低单位距离时，温度降低或升高的数值，称为干绝热递减率:rd=-
推导过程：因为：（干绝热方程）
所以rd=-=
又因为
所以：rd==
又由于p=ρRT,所以
rd===0.98K/100m
（1N=1kg m s-2,1J=1N m）
四、大气稳定度
大气稳定度：是指大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。
根据大气垂直递减率（r）和干绝热递减率（rd）的对比关系，可以确定大气稳定度。
稳定：气团离开原来位置后有回归的趋势（r<rd）
不稳定：气团离开原来位置后有继续离开的趋势（r>rd）
中性：介于上述两种情况之间（r=rd）
注意其中rd基本为不变常数0.98k/100m，r则可能变化很大。
解释：当r<rd时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于r<rd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅度大，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度低，所以气团有回归趋势。
当r〉rd时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于r〉rd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅度小，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度高，所以气团有继续移动离开趋势。
五、逆温
由于上述，可见大气的垂直温度递减率越大，则大气就越不稳定，r与rd的关系可表示为：

 

一般大气层越稳定，则越不利于污染物的扩散
而逆温则使大气的温度变化逆转，随着高度升高，温度也升高（r<0），这将会使大气的状态更为稳定，更加明显地不利于污染物的扩散，所以逆温成为大气污染气象学中的重要研究内容。
以下讲述几种常见典型逆温的形成。
1、辐射逆温（最常见地面逆温）
地面辐射出大量的热量后，温度过度降低。
晴朗无云，无风夜晚，没有云层阻挡，地面辐射丧失大量能量，温度降低过多，易于形成辐射逆温（地面冷）；
若风速在2-3m/s，辐射逆温不易形成，若风速大于6m/s，则可完全阻止辐射逆温的形成，这是由于风带来气流运动，使外界较暖气团运动过来后补充了当地地面辐射的热量损失。
2、下沉逆温（地面逆温）
下沉压缩增温效应引起，一般上升降温，下沉增温；
气团下沉过程中，由于受到压缩，顶部下降距离大，增温多，底部下降距离相对小，增温少，因此形成顶部温度高，底部温度低的气团。
因为h>h’,所以H>H’
3、湍流逆温（高空逆温）
低层空气湍流混合而上层空气未混合情况下发生的高空逆温。
在下部湍流层，气团上升过程中，温度按干绝热递减率（rd）变化，上升到一定高度后，其温度低于周围环境温度（这样它才不继续上升，而有返回趋势，形成湍流），这样下部湍流层的温度会低于上部未湍流层低部的温度，从而形成高空湍流逆温。
4、平流逆温（地面逆温）
暖气团平流运动到冷地面或水面上，会发生接触面的冷却降温作用，越近地面或水面的部分，气温越低，这样就形成逆温。
五、局地环流对污染物扩散的影响
1、海陆风
海洋和大陆在白天和夜间的热力差异，导致的白天和夜间海洋和陆地之间的风向转换。
白天：海风，夜晚：陆风
对污染扩散的影响：
白天海风吹向陆地，海风处于下层，温度较低，易于形成逆温。
夜间陆风吹向海洋，陆风处于下层，温度和海洋差别不大，不易形成逆温
易造成污染物往返，海陆风转换期间，原随陆风吹向海洋的污染物又会被吹会陆地
循环作用，如果污染源处于海路风交界处，并处于局地环流，则污染物很难扩散出去，并不断累积达到很高的浓度。
2、城郊风
主要动力是城市热岛效应造成的
城市空气从上层流向郊区，郊区温度较低的空气从下部流向城市，形成城市和郊区间的大气局地环流。
使得污染物在城区很难扩散出去，形成城市烟幕，导致市区大气污染加剧。
3、山谷风
白天：山坡升温快，山坡气流快速上升，空气由谷底补充山坡——谷风
夜间：山坡降温快，山坡冷空气流向谷底——山风
处于山谷地区的污染源很难扩散，早期一些大气污染事件都发生在山区，马斯河谷烟雾事件。如今人们认识到这一常识，山区成为旅游胜地，而不再是建造工业企业的胜地。