《大氣化學》課程教學大綱

大氣化學

Atmospheric Chemistry

一、課程基本情況

課程類別：專業任選課

課程學分：2學分

課程總學時：32 學時，其中講課：32 學時，實驗（含上機）：0 學時，課外 0 學時

課程性質：選修

開課學期：第4學期

先修課程：大氣科學概論、大學化學

適用專業：環境工程

教 材：唐孝炎、張遠航、邵敏 主編，大氣環境化學（第二版），高等教育出版社，2006

年。

開課單位：環境科學與工程 學院 環境工程 系

二、課程性質、教學目標和任務

《大氣化學》是環境工程專業的一門選修課，它是研究對環境有重要影響的大氣組分在

大氣環境中的化學行為的科學，是一門綜合性很強的課程，依靠多學科滲透、交叉發展起來

的，涉及化學、大氣科學、生物學、生態學、氣候學等學科的知識。通過地球大氣環境概貌、

對流層和平流層大氣化學過程、大氣氣溶膠化學、大氣中重要的污染物和污染化學模式等內

容的學習，要求學生了解大氣化學的發展，了解大氣化學對大氣環境和人類生活的影響，掌

握大氣化學的基本知識和原理，以及大氣化學的研究方法、研究成果和發展趨勢。通過本課

程的學習，學生應達到下列要求：提高大氣環境保護意識，樹立正確的行為規范；牢固掌握

《大氣化學》的基礎知識和理論，會解釋日常生活中的大氣環境問題并提出有效的控制策略；

培養與提高對大氣污染的認知能力和分析、解決大氣污染的思維能力與創新能力。

三、教學內容和要求

第1章 緒論（2學時）

1.1大氣化學的發展及主要研究內容（1學時）

（1）了解大氣化學的主要研究內容；

（2）理解大氣污染問題的出現如何推動大氣化學的發展；

（3）掌握大氣化學區別于其他化學學科的特點；

重點：大氣化學的主要研究內容

難點：大氣化學的發展

1.2大氣化學的研究方法及發展動向（1學時）

（1）了解大氣化學的發展動向；

（2）理解大氣化學的三類研究方法；

重點：大氣化學的三類研究方法

難點：模式計算法

第2章 地球的大氣環境（4學時）

2.1大氣的發展史、分層及能量平衡（2學時）

（1）了解大氣的發展史；

（2）理解大氣的能量來源和平衡；

（3）掌握大氣的分層；

重點：大氣按氣溫垂直分布分層

難點：地球的能量平衡

2.2大氣的物質組成及大氣環境質量標準（2學時）

（1）了解大氣環境質量及標準；

（2）理解大氣中的常量組分與可變組分；

（3）掌握HO自由基的源、匯及相互轉化；

X

重點：大氣組分的停留時間、濃度表示方法

難點：HO自由基的源、匯及循環

X

第3章 大氣化學反應動力學基礎（6學時）

3.1化學反應動力學及大氣光化學反應基礎知識（2學時）

（1）了解化學反應速率和反應級數的基本知識，平均壽命與分數壽期等；

（2）理解大氣光化學反應，光化學的初級過程和量子產額等；

（3）掌握化學反應速率的基本計算；

重點：化學反應速率常數和光化學反應的知識

難點：化學反應的速率計算

3.2大氣氣相化學反應（2學時）

（1）了解大氣中的幾種光解反應和氧化反應；

（2）理解各種氧化劑在大氣中的循環；

（3）掌握典型污染物的氣相化學反應機理及特點；

重點：光解反應和氧化反應的機理

難點：大氣中氧化劑的循環

3.3大氣顆粒物表面非均相反應（2學時）

（1）了解大氣顆粒物反應的分類；

（2）理解非均相反應的速率和機理；

（3）掌握二次有機顆粒物生成機制；

重點：非均相反應機理

難點：大氣中亞硝酸和氯原子的非均相生成機制

第4章 對流層氣相化學（8學時）

4.1清潔大氣中的氣相化學過程（2學時）

（1）了解對流層大氣的特點；

（2）理解清潔大氣的基本化學過程；

（3）掌握NO、NO和O的基本光化學循環；

23

重點：NO、NO和O基本光化學循環中O的穩態濃度推導

233

難點：NO在清潔大氣化學過程中的作用

4.2污染大氣中的氣相化學過程（2學時）

（1）了解光化學污染的歷史；

（2）理解光化學煙霧的特征；

（3）掌握光化學煙霧形成機制；

（4）掌握臭氧生成與NOx和VOCs的關系

重點：光化學煙霧形成機制及NOx循環和HOx循環

難點：O生成與前體物NOx和VOCs的關系

3

4.3自由基與NOx的收支與循環（2學時）

（1）了解HOx收支和循環的定量關系與模式研究；

（2）理解城市和郊區近地層大氣HOx收支和循環；

（3）掌握城市和郊區近地層大氣NOx收支和循環；

重點：HOx和NOx收支與循環的定量分析

難點：城市和郊區大氣氧化能力的演變及區別

4.4大氣VOCs反應活性及光化學污染控制策略（2學時）

（1）理解大氣揮發性有機物反應活性的評價指標；

（2）理解VOCs和NOx控制區及影響因素；

（3）掌握基于VOCs和NOx控制的O削減策略；

3

重點：VOCs反應活性的評價

難點：光化學污染的區域控制策略

第5章 氣溶膠化學（6學時）

5.1氣溶膠簡介與粒徑譜分布（2學時）

（1）了解氣溶膠形貌、粒徑、分類和對人體的危害；

（2）理解常見的氣溶膠粒徑分布函數的表示方法；

（3）理解大氣氣溶膠譜分布函數的經驗描述；

重點：氣溶膠的物理特征等基礎知識

難點：氣溶膠粒徑譜分布的描述

5.2氣溶膠粒子的成核與化學組成（2學時）

（1）了解均相成核和非均相成核；

（2）理解幾種經典成核理論；

（3）掌握氣溶膠粒子的離子、有機物和微量元素組成；

重點：氣溶膠粒子的生成及化學組成

難點：二元成核、三元成核、離子誘導成核理論

5.3氣溶膠粒子污染來源與貢獻的研究（2學時）

（1）了解污染源和空氣質量的關系（即“源”-“受體”關系）；

（2）理解源解析技術、源清單、擴散模式、受體模式等基礎知識；

（3）掌握受體模式用于識別和解析顆粒物來源的方法；

重點：源解析技術、源清單、擴散模式、受體模式等

難點：富集因子(EF)法、CMB模型、PMF因子分析模型等的應用

第6章 酸沉降化學（4學時）

6.1降水化學特征和酸化過程（2學時）

（1）了解酸雨研究的歷程；

（2）理解降水化學組成和pH，化學組成的時空變化；

（3）掌握降水的酸化過程；

重點：降水化學組成及時空變化

難點：降水的酸化過程

6.2酸雨生成機理（2學時）

（1）了解大氣中的液態水和大氣水系統中的氧化劑；

（2）理解氣液吸收平衡和液相化學平衡；

（3）掌握液相硫、氮化學反應動力學；

重點：大氣水系統中SO和NOx的液相氧化反應

2

難點：液相硫、氮化學反應動力學

第7章 大氣化學傳輸模式（2學時）

7.1空氣質量模式基礎知識（1學時）

（1）了解空氣質量模式及其發展歷史；

（2）理解空氣質量模式的基本方程；

（3）掌握光化學氧化模式；

重點：空氣質量模式的功能結構和基本方程

難點：光化學氧化模式

7.2模式的評價與應用（1學時）

（1）了解綜合空氣質量模式；

（2）理解空氣質量模式的實際應用；

（3）掌握空氣質量模式性能評價；

重點：模式性能評價

難點：空氣質量模式應用

四、課程考核

（1）作業等：作業：不少于4 次；

（2）考核方式：閉卷考試（閉卷考試、開卷考試、課程論文等）

（3）總評成績計算方式：課堂出勤率與平時表現30% + 期末成績70%（平時成績、實驗成

績、期中考試成績和期末考試成績等綜合計算）

五、參考書目

秦瑜、趙春生主編，《大氣化學基礎》（第1版），氣象出版社，2003年