大气化学

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  大气化学汉语拼音:Daqi Huaxue;英语:Atmospheric Chemistry),研究大气组成和大气化学过程的学科。大气科学的一个分支。

  大气化学研究的空间范围从城市、区城向全球扩展,研究的时间尺度从几天到几年,以至几十年。大气化学研究的对象包括大气微量气体、气溶胶、大气放射性物质和降水化学等。研究的空间范围主要是对流层和平流层;研究的手段有现场观测、实验室模拟和数值模拟等。研究大气化学要涉及与光化学、均相非均相反应动力学大气扩散理论、痕量分析化学等领域;不仅研究大气的化学反应,还要研究大气的复杂物理化学过程的数值模拟。

  大气化学的主要分支有:大气痕量组成化学;对流层化学;平流层化学,如臭氧层的破坏;气溶胶化学;降水化学;大气放射性物质化学。

概况

  大气化学的研究始于100多年前,但它的真正发展始于20世纪30年代对大气臭氧(O3)的观测和对平流层光化学的理论研究。到了40年代,分子光谱学理论的发展,以及光学测量技术和光谱分析技术的发展,使人们逐步认识到大气是一个非常复杂的多相化学体系:既有简单分子,还有许多复杂的大分子,这个化学体系是不稳定的。大气中存在着十分复杂的物质循环过程,要进一步深入认识大气,就不能不对大气化学过程进行研究。在过去的50多年里,大气化学研究主要是围绕一些紧迫的环境问题在不同的学科领域里进行的。这包括对平流层臭氧耗减的研究,以及对人类活动产生的一些化合物的光化学反应的研究;由于空气污染的威胁而对污染化学、城市光化学烟雾、酸雨形成过程等的研究;由于CO2增加引起的全球变暖而对CO2等温室气体的研究。80年代以后,国际大气科学界就开始酝酿制订全球大气化学研究计划,并且认识到大气化学研究的对象不仅包括大气中的微观化学过程,还应包括全球尺度的大气运动、大气与地表生物圈和海洋的相互作用,以及地球与其他星体和空间的相互作用。尽管大气化学在过去50年间有了很大发展,但它至今仍是一门不成熟的学科,尚未形成完整的系统的理论体系。

  大气化学的研究方法是数值模拟、理论研究、实验室实验和现场观测相结合的方法。另一方面,大气是超级流体,大气化学过程与大气动力过程和大气的物理特性密切相关,因此大气化学研究要把地球大气作为一个整体来研究。

研究内容

  1.大气的化学组成及地球大气的形成和演变 主要包括对流层和平流层大气中的主要成分和微量成分的组成、含量、起源和演化等问题。一些微量成分的含量很少,但它们在地球气候的形成、大气化学过程以及大气环境质量中的作用却是巨大的,它们是大气化学研究的主要对象。需要研究它们的浓度和空间分布,它们的自然循环过程和人类活动对它们的影响,以及这些成分变化引起的地球气候变化和全球尺度的环境变化。

  2.平流层化学 大气化学最早的研究课题,平流层臭氧层的观测和平流层光化学理论研究一直是大气化学的重要研究内容。20世纪60年代以来,人类活动对臭氧层的影响引起了广泛关注,平流层化学得到空前发展。主要研究集中在平流层O3含量的全球观测,平流层光化学理论,人类活动产生的氯氟碳化物(CFCs)、甲烷(CH4)及非甲烷烃(NMHC)的光化学反应理论以及有关反应速率常数的测定,太阳活动与平流层O3光化学平衡的关系,以及O3全球输送动力模式等。

  3.气溶胶化学 它在云雾降水过程、大气环境以及辐射气候中的极端重要性已引起高度重视。随着微量成分分析技术的发展和非均相化学理论的进步,气溶胶化学有了很大发展,已成为大气化学的一个重要分支。主要研究集中在气溶胶的化学组成、气溶胶的形成和转化机制、非均相化学反应过程、气溶胶的辐射特性及其在地球气候系统中的作用、气溶胶在云雾降水过程中的作用及其对酸雨形成的影响等。

  4.降水化学 主要包括降水的化学组成,云水、雨水采样方法及分析技术,酸雨形成机制,酸雨对生态系统的影响等。