1、环境科学概论武汉大学动力与机械学院黄荣华 18971393158课程的主要内容？第一部分：本课程的基本要求内容，包括环境的基本概念、环境问题的产生与发展、全球环境问题等；第二部分：本课程的重点要求内容，包括生态学基础，水、气、土、声、渣等污染物的污染机理，重点污染指标，以及污染治理技术以及环境监测等；穿插简介建筑 环境学相关内容：建筑外环境、建筑湿热环境、室内空气环境、建筑声环境和建筑光环境等内容。学习本课程的目的和作用？学好这门课有助于掌握环境科学的基本知识，培养起坚定、自觉的环境保护意识。对土木工程专业学生，对建筑环境学的相关知识也会有初步了解。是一门重要的素质教育课。课程的特点？n涉及知
2、识面广；n叙述性内容多；n专业基础性强。第一章 绪论第一节 地球和我们所处的环境第二节 环境问题第三节 环境科学及其分支 在太空中，地球是一个由蓝、咖在太空中，地球是一个由蓝、咖啡、绿和白色所组成的球，它悬挂在啡、绿和白色所组成的球，它悬挂在太空之中已有太空之中已有46亿年的历史了。在这亿年的历史了。在这漫长的历史长河中，地球孕育了大量漫长的历史长河中，地球孕育了大量的生物，形成了和谐的生态系统。的生物，形成了和谐的生态系统。在距今约在距今约300万年前万年前,地球上出现了人类。在人类漫长而曲折地球上出现了人类。在人类漫长而曲折的进化过程中，人类既是环境的创造物，又是环境的塑造者。人的进化过程
3、中，人类既是环境的创造物，又是环境的塑造者。人来在实践中不断地总结经验，有所发现，有所发明，有所创造，来在实践中不断地总结经验，有所发现，有所发明，有所创造，有所前进。在今天，由于科学技术发展的迅速加快，人类获得了有所前进。在今天，由于科学技术发展的迅速加快，人类获得了以无数方法并在空前的规模上改造环境的能力。以无数方法并在空前的规模上改造环境的能力。第一节第一节 地球地球和我们所处的环境太阳系家族太阳系家族各行星太阳系各行星数据水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 到太阳的平均距离（106Km）57.9108.2149.6227.9778.314272869.64496
4、.65900自转周期 59日-243日(逆转)23小时56分4秒 24小时37分23秒9小时50分30秒10小时14分-11小时 16小时 6日9小时轨道运动平均速度（千米/秒）47.93529.824.113.19.66.85.44.7轴倾角（赤道与轨道交角）28o 3o 23o27 23o59 3o05 26o44 82o5 28o48?赤道与黄道夹角 7o 3.4o 0o 1.9o 1.3o 2.5o 0.8o 1.8o 17.2o 轨道偏心率 0.2060.0070.0170.0930.0480.0560.0470.0090.25赤道直径（千米）48001210412756678714
5、280012000051800495006,000(?)质量（地球=1）0.0550.81510.108317.9 95.214.617.20.1(?)体积（地球=1）0.060.8810.15131675567570.1(?)密度（水=1）5.45.25.541.30.71.21.7？偏平度 000.0030.0090.060.10.060.02？大气（主要成分）无 二氧化碳 氮，氧 二氧化碳氩 氢，氦 氢，氦 氢，氦，甲烷 氢，氦 甲烷探测不到 可见表面平均温度350(S)-33(C)22(S)-23(S)-150(C)-180(C)-210(C)-220-230(?)表面大气压强（毫巴）
6、386349000010006?表面重力（地球=1）0.370.8810.382.641.151.171.18？由行星所见太阳平均表观角直径 1o2240 4445 3159 21 609 322 141 104 49 已知卫星数 00121617521什么是行星?必须围绕太阳运转的天体；质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状；其轨道附近应该没有其他物体。冥王星对第三条不符，冥王星的轨道是和海王星有所交集的。所以冥王星被归为矮行星。1.1 1.1 太阳系的诞生太阳系的诞生1.1.1 1.1.1 宇宙的开端宇宙的开端20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher,1875-1969)n在
7、观测银河系外的仙女座大星云时，取得15个星系的光谱资料，经过研究，发现其中13个正在以每秒数十万米的高速退行，即离开我们愈来愈远。1929年，哈勃(E.P.Hubble,1889-1953)n根据观测到的河外星系正在退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们(地球)的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这个发现告诉我们，我们周围的星系正在四散离开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。爱因斯坦(Albert Einstien,1879-1955)在1916年提出的广义相对论n演绎出宇宙在膨胀的理论。n哈勃的发现被认为是对这些理论的验证。以后的天文观测继续有新的发现，证明宇宙在膨胀，曾测到有的河外星系
8、之间，正以每小时2,500,000km的速度在拉开距离。BIG BANGBIG BANG大爆炸大爆炸n宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原始原子”(或称宇宙蛋)里，异常紧密n温度约1032K，绝对温度1亿亿亿亿度n显然这只能维持极其暂短的平衡，一旦平衡破坏，就发生大爆炸，原始原子迅速膨胀，逐渐扩展成为我们的宇宙现在认识：n大爆炸后1秒钟，温度降到1010K，粒子间的强相互作用、弱相互作用、电磁力和引力开始分开。n 在高温下处于基本粒子状态的物质，随着温度的降低，聚合成各类原子约在大爆炸后50-100万年n首先由电子和质子合成氢原子n接着是氦原子也大量生成了n随后其他所有元素的原子从轻到重依次聚
9、合而成爆炸后100万年到20亿年逐步形成各类天体星系证明150亿年前发生过这样的大爆炸：n爆炸形成的宇宙一直在降温，恒星是在降到40000K以下时才开始形成n现在测得最老的星系的年龄都只有100多亿年，符合这个理论的推断。n特别是盖莫夫(G.Gamow，1904-1968)预言：在大爆炸的特殊宇宙背景下产生出来的微波辐射，至今还存在于宇宙空间中，其温度应已降低到只有绝对温度几度。彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933-)和威尔逊(R.W.Wilson,1936-)发现：n1964年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电天文望远镜，在各个方向都测得一种3K的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的支持。
10、n为此他们得到了1978年的诺贝尔物理学奖金。其它证据：n现在测得的不同天体上氦的丰度，即它在天体中的含量，一般都达到30%左右，仅仅太阳上那种氢合成氦的作用，是不能造出这么多氦的，而大爆炸能做到n因爆炸而使星系间的距离拉开，更已是熟知的事实n天文观测中已多次记录到超新星爆炸n另外新近得到的两个黑洞撞击爆炸的信息，都可以作为佐证。n冷暗物质-最新证据！1.1.2 太阳系出现-大爆炸发生约100亿年之后-星云学说哲学家康德(Immanuel Kant,1724-1804)星云说星云说n在献给普鲁士国王的自然通史和天体理论中假定：最初“整个宇宙的物质都处于分散的状态，并由此造成一种完全的混沌”，“
11、构成我们太阳系的星球的物质，在太初时都分解为基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始的弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。星云说不能解决太阳系中许多问题n太阳和行星的单位质量的角动量，应该是一样的，但实际上相差近100倍20世纪初期中期n灾变说n俘获说（苏联 斯密特：原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可以和太阳不同1.1.3 地球的诞生n天，积气也；无处无气。地，积块（土）也；充塞四虚，无处无块”列子 天瑞n天是气的集合，地是土的集合
12、古代贤哲的卓识2020世纪世纪3030年代末天文观测证实年代末天文观测证实n在银河系中，有许多气体和尘埃存在n这些气体主要是氢和氦。气体在这些星际物质中，按质量计要占到98%左右n尘埃里主要是水、甲烷和氨等液体、气体冻结而成的固体微粒；还有少量二氧化硅及其与金属离子结合形成的化合物等固体材料。固体物质不及2%，颗粒细微，半径只有0.0001(万分之一)厘米左右，微粒弥漫在整个太空中地球的成分n氢和氦的含量都很少n而是铁占了第一位，其次是氧和硅，还有很多镁、镍和铝等金属n地球的化学组成为何如此不同？1.1.3.1 地球的形成n在太阳系内，由于接受的太阳辐射多，温度高，轻的气体被辐射到远处，散失到
13、太阳系的外部 远处构成类木行星远处构成类木行星n近太阳的地区，以尘埃中的固体物质为主，化学组成当然和原来的星云有显著的不同（铁、硅、镁、氧为主）近处构成类地行星近处构成类地行星原始地球内的“星子”n受到引力的作用向中心聚集，体积逐渐缩小，物质的密度越来越大n收缩不是无限的，因为物质还要受到自转所产生的惯性离心力的作用，而离心力是要随着体积缩小，导致自转速度加快而增大，当离心力增大到能抵消引力时，就达到平衡冷冷 热热 冷冷n尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加大，会释放出大量的热量。放射性元素的蜕变和陨石的撞击，也都要放出热能n尽管原始的星云物质是冷冷的，后来地球曾经历过一个
14、高温时期，至少是局部物质处於热热的熔融状态，以后收缩停止，才又逐渐冷冷却凝结地球圈层的形成n重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构n铁和镍比较重，含量也多，分离出来成为液态的金属向中心聚集 地核地核n较轻的硅酸盐物质形成地幔地幔和地幔之上的地壳地壳n气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围1.1.3.2 现代地球环境的逐渐形成现代地球环境的逐渐形成n46亿年前，整个地球的温度都很高，表面也接近于熔融的状态n各类岩石的块体（以星子为基础）各不相属地分布在地球的表面n后来构成大陆的地壳冥古宙（4
15、638亿年前）n大约在40亿年前后，越来越多的较轻的硅酸盐成分迁移到上部冷凝n地球终于有了一个虽然还比较薄、但已是连续完整的地壳原始地球表层n一些处于熔融状态的物质向上挤入地壳中凝结，或涌出地面，表现为广泛分布的火山活动n另一方面物质又在向下流动，把上面已固结的地壳撕裂，并将其部分碎块拽向深处，使它再次熔入地幔物质之中n与此同时，薄弱的地壳还在陨石的撞击下，形成大量陨击坑最初的大气成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和氯化氢等n直到距今38亿年前，地球上的大气仍是缺氧和呈酸性的n 随着时间的流逝，地球上的温度逐渐降低（低于100C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成了广阔的海洋
16、，海水中也缺少氧，而且也含有许多酸性物质太太 古古 宙（宙（38382525亿年前）亿年前）38亿年前，海洋中开始有了生命的活动。从出现最原始的原核细胞生物-蓝绿藻，32-29亿年前能起光合作用的藻类开始繁殖，后者能消耗二氧化碳，产生出氧气大约到27亿年前，游离氧在海洋中出现。绿色植物的大量繁殖，更加快了大气和海洋环境的变化，使其有利于高等喜氧生物的发展元 古 宙（距今18亿年前到6亿年前）n大陆不断扩大n大气变成以二氧化碳为最多n海洋里的生物最多的是菌藻植物，它们的活动促成二氧化碳和海水中的钙镁等元素相结合，碳酸钙镁等物质沉淀在海底，使大气中的二氧化碳减少，氧和氮的含量逐步增加表2-1 地质
17、年代表n宙(宇)代(界)纪(系)同位素年龄(百万年)n 新生代(界)第四纪(系)0n 第三纪(系)n 白垩纪(系)65n 侏罗纪(系)n 三迭纪(系)n显生宙(宇)二叠纪(系)248n 石炭纪(系)n 古生代(界)泥盆纪(系)n 志留纪(系)409n 奥陶纪(系)n 寒武纪(系)n 震旦纪(系)600n 新元古代(界)清白口纪(系)800n元古宙(宇)中元古代(界)蓟县纪(系)/长城纪(系)1800n 古元古代(界)2500n太古宙(宇)3800-2500n冥古宙(宇)4600-3800化学进化说认为，生命起源于原始地球上的无机物，这些无机物在原始地球的自然条件作用下，从无机到有机、由简单到复
18、杂，通过一系列化学进化过程，成为原始生命体。1.1.3.3 生命起源化学进化说CH4NH3H2OH2氨基酸氨基酸单糖核苷酸地球 蛋白质蛋白质核酸核酸米勒模拟原米勒模拟原始大气产生始大气产生有机物的实有机物的实验装置验装置 1953年米勒工作照年米勒工作照拓展无机小分子物质无机小分子物质生生成成形形成成组组成成演变第一第一阶段阶段场所场所实验实验第二第二阶段阶段过程过程第三第三阶段阶段第四第四阶段阶段 原始大气原始大气1953 1953、美国米勒、美国米勒 原始海洋原始海洋聚合、缩合聚合、缩合浓缩、凝聚浓缩、凝聚长期演变、长期演变、相互作用相互作用有机小分子物质有机小分子物质有机高分子物质有机高
19、分子物质多分子体系多分子体系原始生命原始生命场所场所 原始海洋原始海洋 原始海洋原始海洋场所场所场所场所过程过程过程过程宇宙胚种说则认为，地球上生命的种子来自宇宙，还有人推断，是同地球碰撞的彗星之一带着一个生命的胚胎，穿过宇宙，将其留在了刚刚诞生的地球之上，从而地球上才有了生命。但是，一些科学家却对此类假说持强烈的反对意见。他们认为，彗星是带来了某些物质，但那不是决定性的，产生生命所必需的物质在地球上本来就已经存在。宇宙胚种说保护地球就是保护我们自己。保护地球就是保护我们自己。地球只有一个，失去它，我们到哪里去寻找家园。地球只有一个，失去它，我们到哪里去寻找家园。1.2 太阳与地球的关系1.2
20、.1 地球的公转与自转地球围绕太阳公转，公转轨道面椭圆性，称为黄道面。太阳处于椭圆的一个焦点上，另一焦点在太阳边缘。地球公转一周称一回归年，为365.2422个太阳日。近日点距太阳1.47亿公里，远日点距太阳1.52亿公里，平均距离为1.50亿公里，称一个天文单位。地球自转轴与公转轨道面成6633，形成地球上季节的变化。自转轴与黄道面倾角二十四节气春季春季立春雨水惊蛰春分清明谷雨夏季夏季立夏小满芒种夏至小暑大署秋季秋季立秋处暑白露秋分寒露霜降冬季冬季立冬小雪大雪冬至小寒大寒季节二十四节气含义立春、立夏、立秋、立冬分别表示四季的开始。“立”即开始的意思。公历上一般在每年的2月4日、5月5日、8月
21、7日和11月7日前后。夏至、冬至表示夏天、冬天到了。“至”即到的意思。夏至日、冬至日一般在每年公历的6月21日和12月22日。春分、秋分表示昼夜长短相等。“分”即平分的意思。这两个节气一般在每年公历的3月21日和9月23日左右。雨水表示降水开始，雨量逐步增多。公历每年的2月18日前后为雨水。惊蛰春雷乍动，惊醒了蛰伏在土壤中冬眠的动物。这时气温回升较快，渐有春雷萌动。每年公历的3月5日左右为惊蛰。清明含有天气晴朗、空气清新明洁、逐渐转暖、草木繁茂之意。公历每年大约4月5日为清明。谷雨雨水增多，大大有利谷类作物的生长。公历每年4月20日前后为谷雨。小满其含义是夏熟作物的籽粒开始灌浆饱满，但还未成熟
22、，只是小满，还未大满。大约每年公历5月21日这天为小满。芒种麦类等有芒作物成熟，夏种开始。每年的6月5日左右为芒种。小暑、大暑、处暑暑是炎热的意思。小暑还未达最热，大暑才是最热时节，处暑是暑天即将结束的日子。它们分别处在每年公历的7月7日、7月23日和8月23日左右。白露气温开始下降，天气转凉，早晨草木上有了露水。每年公历的9月7日前后是白露。寒露气温更低，空气已结露水，渐有寒意。这一天一般在每年的10月8日。霜降天气渐冷，开始有霜。霜降一般是在每年公历的10月23日。小雪、大雪开始降雪，小和大表示降雪的程度。小雪在每年公历11月22日，大雪则在12月7日左右。小寒、大寒天气进一步变冷，小寒还
23、未达最冷，大寒为一年中最冷的时候。公历1月5日和该月的20日左右为小、大寒。地球的经纬度和时区n为标定地球表面任一点的具体位置设定经纬度；n把经过地轴的平面与地球表面的交线称经圈，经圈被南北极点一分为二为两个半圆，称作子午线或经线；n将通过英国伦敦格林威治天文台旧址的子午线定为本初子午线，即0经线，向东的称为东经，向西的称西经。格林尼治天文台本初子午线把垂直于地轴的平面与地表面的交线称作纬圈；经过地心的垂直于地轴的平面与地表面交线为赤道，定义为纬度0；赤道以北的称北纬，以南的称南纬；地表任一点的纬度为该点与地心连线与赤道面的夹角。地表经纬度以太阳直射本地经线定义为地方时12点；经线相差1其地方
24、时相差4min；以0经线时间为基准，东西各7.5的区域为0时区，向东西各增加15为一个新的时区，分别为东一区、东二区、西一区、西二区，该区域内时间以中间经线时间为其区时，相邻时区时间相差1小时，东边的早，东西十二时区重叠。地球的经纬度和时区1.2.2 太阳辐射1.2.2.1 辐射辐射：物体以电磁波形式传递能量的一种方式。（1）自然界中任何物体都在不停地向外发送电磁辐射；（2）电磁辐射传播不需要任何介质；（3）电磁波可以用波长（）和频率（）表示，波速（V）为一常数，真空中为3108m/s，用 C 表示，即：C辐射能与辐射强度（1）辐射是以光子形式存在的，每一光子的能量为：e h hC/式中h为普
25、朗克常数：6.63*10-34 J.s 每个光子的能量很小，实际应用中常用摩尔光量子为单位，1摩尔光子称作1爱因斯坦（Ei）（2）表示辐射强弱的物理量称作辐射强度。按照辐射方向 的不同，可以有不同的称呼：辐出度：从物体表面向外发送的辐射，单位面积上单位时间内发送的辐射能称辐出度。辐照度：某表面单位时间内单位面积上接受周围物体向其发送的辐射能。辐射通量密度：单位时间内穿过空间单位面积的辐射能。辐射强度与光照度的区别：二者是不同的概念，光照度特指可见光的，为单位面积上光通量，简称照度，单位为lux(lx)。二者没有换算关系，一般大气上界的光照度约14万lx，而晴天中午，地面照度约为68万lx。辐射
26、强度和照度都不是理想的表示作物需光的物理量，因为作物不同的生理活动需要不同波段的“光”，且同波段内“光”的有效性也有差异。辐射强度更强调能量，光照度主要强调可见光的亮度。辐射的吸收、反射和透射自然界中任何物体都在不停地向外发送着辐射能，同时，也吸收到达其表面的辐射能，物体对于到达其表面的辐射能一部分吸收，一部分反射，部分可以透过物体即：Q总 Q吸Q反Q透等式两边同除Q总，去除量纲，则分别表示吸收率、反射率和透过率。a r d 1物体的吸收率、反射率及透射率是物体的固有属性，且其数值随着不同波长的辐射以及其自身表面温度的变化而不同，即它们都是波长和温度的函数：a、r、d f（、T）玻璃：对于可见
27、光其透射率很大，而对于红外线则基本不透明。雪对可见光反射率很高，可达0.95，而对红外线其吸收率为0.98。黑体：a1灰体：a c白体：r 11.2.2.2 太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射能量随波长的分布称太阳辐射光谱。太阳辐射光谱可以分成三个区域：紫外线区占总能量的约7，可见光区占总能量的约50，红外线区占总能量的约43。问题：到达地表的太阳辐射中，紫外线约占总能量的7。太阳常数：当处于日地平均距离，地球大气上界、垂直于太阳平行光线，单位时间穿过单位面积的太阳辐射能，数值上约13677 w/m2。太阳常数随着太阳活动而发生变化，范围约13251457 w/m2。大气上界，太阳辐射产生的平均光
28、照强度为1.351.4105lx，称太阳光量常数。1.2.2.3 大气对太阳辐射的减弱太阳辐射在穿越大气层时，大气组分对其阻碍，使其减弱，减弱的方式主要有：n大气对太阳辐射的吸收作用n大气对太阳辐射的散射作用n大气对太阳辐射的反射作用大气对太阳辐射的吸收作用（1）大气的吸收光谱 太阳辐射经过整层大气时，在波长小于0.29m的波段中，吸收率接近于1。也就是说，大气把太阳光谱中0.29m以下的紫外辐射几乎全部吸收了。而在可见光区，大气吸收很少，只有不强的吸收线带。但在红外区则有很多很强的吸收带。（2）大气中各种成份对太阳辐射的吸收 大气中吸收太阳辐射的物质主要是氧、臭氧、水汽和液态水，其次是二氧化
29、碳、甲烷、一氧化二氮、尘埃等。氧（O2）氧对太阳辐射的吸收主要在0.25m以下的紫外区，吸收很强。并在吸收后发生光化反应产生臭氧。这一吸收作用主要在高层大气中进行，以致使0.25m以下的太阳辐射很少到达一般观测所及的高度。在可见光区，氧还有两个较弱的吸收带，A带位于0.76m附近，B带位于0.69m附近。它们对太阳辐射的削弱不大。臭氧（O3）：臭氧在紫外区和可见光区都有吸收带，其最强的吸收带位于0.20.32m之间称为哈特莱带，另一个吸收带位于0.32-0.36m称为汉琴斯带。由于这个波段的辐射被臭氧吸收，使它不能到达地面，因而保护了地面上生物免受过量紫外线的伤害。位于可见光的吸收带其波长范围
30、在0.440.75m。此吸收带虽弱，但因位于太阳辐射最强的波段内、所以吸收的能量并不少。n水汽和液态水（H2O）：水汽对太阳辐射的吸收带和吸收线很多，在可见光区有很多吸收带，但都很弱。在红外区从波长0.932.85m之间有七个主要的吸收带，水汽对太阳辐射的吸收与水汽含量的多少有关，水汽含量愈多，吸收的也愈多。一般来说，水汽在主要的太阳辐射光谱中没有极强的吸收带。大气中的水分不仅处于气态，也有处于液态的，大气中的液态水同样能够吸收太阳辐射。液态水具有比水汽强得多的吸收带，这些吸收带的位置相对于水汽吸收带向波长较长的方向移动。n 二氧化碳（CO2）：二氧化碳在波长大于2m的红外区有若干个吸收带，比
31、较强的中心位于2.77和4.3m。但该波段内太阳辐射比较弱，因此在研究太阳短波辐射时，可以忽略。n大气中的飘尘、其它固态物质及大气中的污染物质，像甲烷（CH4）等对太阳辐射也有吸收作用。大气中这些物质的含量是随时间和地点而变化的，它们的来源与特性也有很大的差异，因此研究它们对太阳辐射的吸收是比较困难的。但也可以肯定，大气中这些物质的含量越高，对太阳辐射吸收减弱得越厉害。所以在工业中心、森林山火及火山爆发的地区，太阳辐射将会有明显的减弱。n 由上讨论可知，大气对太阳辐射的吸收，在平流层以上主要是氧和臭氧对紫外辐射的吸收，平流层以下，主要是水汽对红外辐射的吸收，整层大气吸收作用约削弱掉太阳辐射能的
32、24。因而对于对流层大气来说，太阳辐射不是其主要的热源。大气对太阳辐射的散射作用光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。子波称散射光，接受原入射光并发射子波的空气分子或气溶胶粒子称散射粒子。当散射粒子的尺度远小于入射光的波长时（a0.32），称分子散射或瑞利散射，散射光分布均匀且对称。分子散射具有选择性，它的散射强度与入射光的波长四次方成反比。所以，不同入射光被散射的比例差别很大。问题：为什么晴朗天空呈蔚蓝色？大气对太阳辐射的散射作用当散射粒子的尺度与入射光波长可比拟时(例如飘尘粒子对可见光
33、的散射)，散射光的强度分布不对称而是分布复杂，称为米散射。米散射（粗粒散射）没有选择性，所以入射光与散射光在光谱组成上是一致的。思考：雾的颜色。散射对太阳辐射减弱作用强烈，使得直射光一大部分变成了散射光，即天空辐射（或称散射辐射）；散射的方向四面八方，一部分经一次或多次散射而到达地表，另一部分回到宇宙空间，这也是我们从太空中可以观察到地球的大气的原因。回到宇宙空间的约占总辐射能的4左右。大气对太阳辐射的反射作用大气对太阳辐射的反射作用大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。高云平均反射
34、25，中云平均反射50，低云平均反射65，很厚的云层反射可达90。笼统地讲，云量反射平均达5055。假设大气层顶的太阳辐射是100。那么太阳辐射通过大气后发生散射、吸收和反射(反射云量反射表示)，向上散射占4，大气吸收占21,云量吸收占3,云量反射占23。到达地表的太阳辐射n直接辐射自太阳表面发射，未被大气散射而直接到达地表的太阳平行光的辐射强度称直接辐射。影响直接辐射数值大小的主要因素有：太阳高度角、大气透明度、大气质量数n散射辐射大气对太阳辐射的散射作用而使部分部分辐射自天空到达地表的称散射辐射。影响散射辐射数值变化的因素：太阳高度角、大气透明度n总辐射直接辐射和散射辐射之和称总辐射。中国
35、年太阳总辐射能分布地表对太阳辐射的反射到达地表的太阳辐射，一部分被地面吸收，其余的被地面反射回大气层，而透过的量可以忽略不计。地面反射量的大小（地面反射率）与地表的性质相关。1.2.3.1 地面有效辐射n地气系统在接受太阳辐射的同时，也在不停地发送着长波辐射，整个地气系统从能量的角度来看是平衡的。n地表发送辐射的方向单一地指向大气，被下层大气所吸收。RluT4 ：比辐射率 地表大多数物体的比辐射率介于0.900.98之间n大气发送的辐射在大气层内部指向整个球面，我们可以将其分成两部分：其一指向更高层大气，另一部分指向地表；指向上层的辐射被高层大气吸收，热量就这样逐级向上传递；而指向下层的大气对
36、其起到保温作用。天空晴朗型：Rld2086ta 天空多云型：Rld(1-0.1C)a(0)Ta4+C(Ta4-9)a(0):晴天时大气发射率 0.655+0.007ta1.2.3 长波辐射n大气辐射指向地表的部分称为大气逆辐射。n地面一方面通过长波辐射向大气传递热量，同时，接收大气的逆辐射。地面长波辐射与大气逆辐射被地面所吸收的部分之差称地面有效辐射。Rln=Rlu-Rld青藏高原（五道梁）观测的地面辐射(a)和大气辐射(b)1.2.3.2 地表净辐射n地面吸收的太阳短波辐射与地面有效辐射的差值，称地表净辐射(或地表辐射差额)。Rn (RsbRsd)(1r)Rlnn影响净辐射大小的主要因素为太
37、阳短波辐射，地面有效辐射由于地温和气温的变化不大，对其影响较小，所以太阳短波辐射强弱的日变化和年变化基本上就决定了净辐射的日、年周期变化。n年净辐射量随纬度的增加而减小，极圈内常为负值地面辐射平衡n地面获得的平均净辐射一般都大于0，但地球并没有因此使地表温度持续上升，因为获得的能量用于了加热空气、蒸发水汽等，就总体来说，全球能量是平衡的。n辐射平衡表达式：RnH+LE+Gn辐射平衡各因子占净辐射能的比例的高低是决定一个地方小气候的物理基础。n例：沙漠与绿洲小气候的差异全球地气系统能量平衡模式n1、环境的概念n广义的概念：环境总是相对于某一中心事物而言，作为某一中心事物的对立面而存在。即是相对于
38、中心事物而说的背景。它因中心事物的不同而不同，随中心事物的变化而变化。n狭义的概念 环境指的是以人类为主体的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。可分为自然环境与人工环境两种。第二节第二节 环境环境 中华人民共和国环境保护法明确指出“本法所称环境是指：大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等。”2.1 自然环境自然环境是人类出现之前就存在的，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、
39、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等等自然因素的总和；用一句话概括就是“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”。按自己固有的规律发生和发展，被利用和改造。2 2、环境的分类和组成、环境的分类和组成自然环境可从各种不同角度作进一步分类自然环境可从各种不同角度作进一步分类.l 按要素可分为按要素可分为:大气环境、水环境、土壤环境大气环境、水环境、土壤环境等；等；l 按生态特征可分为按生态特征可分为:陆生环境、水生环境等；陆生环境、水生环境等；l 按人类对其影响程度可分为按人类对其影响程度可分为:原生环境和次生原生环境和次生环境等。环境等。自然环境的层次结构岩 石
40、圈土 圈水 圈生 物 圈其 他 圈 层地 球 环 境外 围 空 间 环 境自 然 环 境地球环境的圈层结构特性地球环境的圈层结构特性内核外核地墁地壳大气圈岩石圈水圈土圈1000km2430km2900km35.4km1000-1400km人工环境人工环境：人类活动的产物人类活动的产物 社会环境社会环境：是人类在长期生存发展的社会劳动中所形成是人类在长期生存发展的社会劳动中所形成的，是人与人之间各种社会联系和联系方式的总和，的，是人与人之间各种社会联系和联系方式的总和，包括经济关系、道德观念、文化风俗、意识形态、法包括经济关系、道德观念、文化风俗、意识形态、法律关系等。是影响人类与自然环境的决定
41、性因素。律关系等。是影响人类与自然环境的决定性因素。工程环境工程环境：是在自然环境基础上，由人类的工业、农是在自然环境基础上，由人类的工业、农业、建筑、交通、通信等工程所构成的人工环境，它业、建筑、交通、通信等工程所构成的人工环境，它们构成一个整体技术圈。们构成一个整体技术圈。2.2 人工环境人工环境人居环境n聚落环境：人类居住生活的场所，人类利用和改造自然而创造出来的和人类关系最密切的场所。包括居室环境、院落环境、村落环境、城市环境等。n区域环境n全球环境n星际环境穴居穴居遮雨避寒遮雨避寒洞窑建筑洞窑建筑巢居巢居防潮防潮干栏建筑干栏建筑人类早期的居住方式人类早期的居住方式穴居和巢居穴居和巢居
42、外观外观爱斯基摩人爱斯基摩人(因纽特人因纽特人)的雪屋的雪屋室内布置室内布置土坯散热快，室内冬暖夏凉。土壤的散湿减缓干热气候的负面影响吐鲁番地区室外夏季室外可达47，太阳直射处，可达80，沙面可烤熟鸡蛋。干热地区干热地区吐鲁番地区的半地窑式吐鲁番地区的半地窑式干热地区干热地区巴格达地区的传统建筑巴格达地区的传统建筑墙厚墙厚340-450mm，屋面厚度，屋面厚度460mm，利用土坯热，利用土坯热惯性。室外日夜温差惯性。室外日夜温差24，室内不到，室内不到 6。湿热地区湿热地区干栏建筑干栏建筑:吊脚楼吊脚楼/鼓楼鼓楼一般为三层。楼板以下为“地层”，顶棚以上为楼层，中间层为居住层。就其功能而言，地层
43、一般为牲畜圈及杂物间，也有将厨房及碓房设置在此间的。楼层主要是贮藏层。干栏建筑一般处于亚热带，多雨潮湿，加之树林茂密，豺狼虎豹野猪经常出没其间 湿热地区湿热地区干栏建筑干栏建筑:吊脚楼吊脚楼/鼓楼鼓楼/土掌房土掌房水族民居 苗族民居 贵州侗族吊脚楼海南黎族民居余姚河姆渡干栏式建筑台湾现代民居石头王国石头王国贵州石头寨贵州石头寨蒙古包的排烟与通风蒙古包的排烟与通风以圆形为总风格，无棱无角，呈流线形。包顶为拱形，其承受力最强，包身形成强固的整体。草原上的沙暴和风雪，不会使蒙古包陷于灭顶之灾。搭盖坚固的蒙古包，可经受冬春十级大风，下雨落雪的时候，把蒙古包的顶毡盖上，它就形成了一个球状封闭体。因此它还
44、能经得住草原上的大雨，而不会漏进包里。3.1环境要素n环境要素又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。n分自然环境要素与人工环境要素。自然环境要素通常包括：水、大气、生物、阳光、岩石、土壤等。n环境要素组成环境结构单元，环境结构单元又组成环境整体或环境系统。n由水组成水体全部水体总称为水圈；由大气组成大气层，整个大气层总称为大气圈；由生物体 组成生物群落，全部生物群落构成生物圈等等。3、环境要素和环境质量 3.2 3.2 环境要素的属性环境要素的属性最差（小）限制律：整体环境的质量，不能由环境诸要素的平均状态决定，而是受环境诸要素中那个与最
45、优状态差距最大的要素所控制。等值性：是指各个环境要素，无论它们本身在规模上或数量上如何的不相同，但只要是一个独立的要素，那么对于环境质量的限制作用并无质的差别。整体性大于个体和：是指环境诸要素互相联系、互相作用产生的集体效应，是个体效应基础上质的飞跃。出现先后，互相联系，互相依赖：是指环境诸要素在地球演化史上的出现，具有先后之别，但它们又是相互联系，相互依赖的。3.3 3.3 环境质量环境质量 环境质量是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。n环境质量是对环境状况的一种描述；n环境状况的
46、形成由来自自然的原因，也有 来自人为的原因，而且从某种意义来说，人为原因是更重要的原因；n人群的文化状态也影响着环境质量。第三节环境问题与环境保护环境问题与环境保护3.1 环境问题 是相对于有害于生物或人类的生命活动而言的。是相对于有害于生物或人类的生命活动而言的。一是生物或人类有机体不需要的；一是生物或人类有机体不需要的；二是虽为生物或人类有机体所需要，但过量了就成为二是虽为生物或人类有机体所需要，但过量了就成为有害物质了。有害物质了。3.1.1 有关概念有关概念1.环境中的环境中的有害物质有害物质.环境背景值 环境背景值环境背景值又叫又叫环境本底值环境本底值是指在自然环境未受是指在自然环境
47、未受污染的情况下，各环境要素的化学元素的正常含量和污染的情况下，各环境要素的化学元素的正常含量和环境中能量分布的正常值。环境中能量分布的正常值。研究环境背景值的意义；研究环境背景值的意义；首先，可以确定区域环境是否存在污染；首先，可以确定区域环境是否存在污染；其次，可以作为历史对比的资料，评价环境质量的其次，可以作为历史对比的资料，评价环境质量的变化。变化。.环境容量和环境污染 环境容量环境容量是在人类生存和自然环境不致受害的是在人类生存和自然环境不致受害的前提下，环境可能容纳某种污染物的最大负荷量。前提下，环境可能容纳某种污染物的最大负荷量。环境容量的大小主要取决于两个因素环境容量的大小主要
48、取决于两个因素 一是环境的自净能力；一是环境的自净能力；二是人及生物有机体对污染物的耐受能力。二是人及生物有机体对污染物的耐受能力。环境自净：环境自净：是指污染物质在环境中因大气、水、土壤、是指污染物质在环境中因大气、水、土壤、生物等环境要素的物理作用，化学作用及生物作用，其生物等环境要素的物理作用，化学作用及生物作用，其浓度和毒性自然降低的无害过程。浓度和毒性自然降低的无害过程。环境污染环境污染：人类活动产生的污染物质或能量排入到环：人类活动产生的污染物质或能量排入到环境中去，其量超过环境容量或自净能力，从而使环境的境中去，其量超过环境容量或自净能力，从而使环境的物理、化学、生物学等特性发生
49、不利于人类或其他生物物理、化学、生物学等特性发生不利于人类或其他生物正常生存和发展变化的现象为环境污染。正常生存和发展变化的现象为环境污染。3.1.2什么是环境问题？广义：由广义：由自然力或人力自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。狭义：由于人类的生产和生活活动，使自然生态系狭义：由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。原生环境问题原生环境问题自然灾害如地震、洪涝、自然灾害如地震、
50、洪涝、干旱、滑坡等干旱、滑坡等 是指没有受人类活动影响的原生自然环境中，由于是指没有受人类活动影响的原生自然环境中，由于自然界本身的变异所造成的环境破坏问题。自然界本身的变异所造成的环境破坏问题。3.1.3 环境问题的分类环境问题的分类第一类环境问题（原生环境问题第一类环境问题（原生环境问题）是指由于人类的社会经济活动造成对自然环境的破坏，是指由于人类的社会经济活动造成对自然环境的破坏，改变了原生环境的物理、化学或生物学状态。它可分为环改变了原生环境的物理、化学或生物学状态。它可分为环境污染和生态破坏两类。境污染和生态破坏两类。（1）环境污染（物质）和干扰（能量）环境污染（物质）和干扰（能量）
