第二章 大气环境化学：能量平衡与污染物转化

# 大气环境
## 一、地球的能量平衡
### 1. 地表反射率
- 森林：10%~20%
- 沙漠：25%~40%
- 雪地：60%~80%
- 海洋
  - 太阳高度角<70°：6%~10%
  - 太阳高度角>70°：15%~20%
- 地球平均反射率：31%

### 2. 地球辐射与温室效应
- 地球辐射特性
  - 波长范围：>4 μm（主要红外长波辐射）
  - 峰值波长：10 μm
- 温室气体吸收
  - CO₂和水汽吸收：4~8 μm和13~20 μm波段辐射
  - '大气窗口'（8~13 μm）：允许部分长波辐射逃逸至太空
- 能量平衡机制
  - 大气逆辐射：增强地表温度
  - 平衡公式：入射太阳辐射 ≈ 出射长波辐射

## 二、大气污染物及其转化
### 1. 挥发性有机物（VOCs）
- 甲烷（CH₄）
  - 占气态有机物80%~85%
  - 主要来源：湿地、反刍动物、化石燃料泄漏
  - 温室效应：单分子增温潜势为CO₂的20~30倍
  - 去除途径：与OH自由基反应（CH₄ + OH → CO₂ + H₂O）
    
- 非甲烷烃（NMHC）
  - 化学活性高，易参与光化学反应（光化学烟雾）
  - 人为源占比：交通排放（38.5%）、溶剂蒸发（28.3%）

- 多环芳烃（PAHs）
  - 致癌、致畸、致突变效应
  - 来源：化石燃料不完全燃烧、生物质燃烧

### 2. 光化学反应基础
- 光化学定律
  - 第一：只有被吸收的光能引发反应
  - 第二：一个光子活化一个分子

- 比尔_朗伯定律
  - 公式：\ln I₀/I = ϵ · c · l

- 光解反应类型
  - 光解离反应（例如：NO₂ + hν → NO + O）
  - 激发态分子反应（生成自由基）

### 3. 氮氧化物（NOₓ）的转化
- 关键反应
  - NO氧化：RO₂ + NO → RO + NO₂
  - NO与O₃反应：NO + O₃ → NO₂ + O₂
  - NO₂光解：NO₂ + hν → NO + O

- 光化学烟雾机制
  - NO₂光解生成O₃
  - 自由基（OH、HO₂）参与烃类氧化链反应

## 三、气溶胶化学
### 1. 气溶胶的粒径分布
- 分类
  - 爱根核模（≤0.05 μm）
  - 积聚模（0.05~2 μm）
  - 粗粒子模（>2 μm）

- 来源与去除
  - 来源：燃烧排放、二次转化、扬尘
  - 去除：干沉降、湿沉降

### 2. 化学组成
- 水溶性离子
  - 硫酸盐（SO₄²⁻）：占细颗粒物30%~40%
  - 硝酸盐（NO₃⁻）：由NOₓ氧化生成，与NH₃结合形成NH₄NO₃
  - 其他离子：Cl⁻、Na⁺、K⁺、Ca²⁺

- 有机组分
  - 一次有机物：直接排放（如生物质燃烧）
  - 二次有机物（SOA）：由VOCs氧化生成（占细颗粒物20%~90%）
  - 水溶