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书山有路勤为径1/34张烈环境学原理第一章环境学基本理论第一节环境和环境问题一、环境（一）环境的概念:环境是相对于中心事物而言的，与某一中心事物有关的事物，就是这个中心事物的环境。（surrounding）1、哲学上从哲学上来说，环境是一个相对于主体而言的客体，它与其主体相互依存；它的内容随着主体的不同而不同。2、环境科学环境的含义应是“以人类社会为主体的外部世界的总体”。环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。主体是人类，客体是人类周边的事物。人类的环境不等于自然环境。人类环境：原生的自然环境，经过人类的创造和改造形成的人工环境3、工作需要而对环境下的定义是指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（二）环境要素及其属性1、环境要素构成人类环境整体的各个独立的、性质各异的而又服从总体演化规律的基本物质组分称为环境要素也叫环境基质。分为自然环境要素和社会环境要素。平常所说的环境要素通常指自然环境要素：水、大气、生物、土壤、岩石、阳光等。2.环境属性:（1）最差（小）限制律（2）等值性、（3）环境整体大于诸要素之和（4）相互依赖性（三）环境的基本类型１、按环境的主体分为人类生存环境和生态环境以人或人类作为主体，其它的生命物体和非生命物质都被视为环境要素即人类生存环境（环境科学中多采用）；以生物体（界）作为环境的主体，不把人以外的生物看成环境要素------生态环境（生态学中往往采用）。２、按照环境的范围大小，由近及远分为聚落环境、地理环境、地质环境和星际环境。３、按环境要素分如按环境要素的属性可分为自然环境和社会环境。自然环境按其主要的环境组成要素可分为大气环境、水环境、土壤环境、生物环境、地质环境。社会环境常依人类对环境的利用或环境的功能再进行分类：聚落环境、生产环境、交通环境、文化环境等二、环境多样性——环境基本属性之一环境多样性是人类与环境相互作用中的基本规律。它包括自然环境多样性、人类需求与创造多样性以及人类与环境相互作用多样性。（一）自然环境多样性1、物质多样性：生命物质和非生命物质2、环境过程多样性3、环境形态多样性书山有路勤为径2/34张烈如自然环境形态多样性包括地形地貌多样性、气象形态多样性、物质形态多样性、生物形态多样性和景观多样性等。4、环境功能多样性（1）整体性：（2）有限性：（3）不可逆性：（4）隐显性：（5）持续反应性：（6）灾害放大性：（二）人类需求与创造多样性（三）人类与环境相互作用多样性作用界面多样、作用方式多样作用过程多样、作用效应多样三、环境问题（一）什么是环境问题环境问题：是指由于自然力或人类活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类的生产、生活和健康造成的影响问题。大致可分为第一环境问题（也叫原生环境问题）和第二环境问题（也叫次生环境问题）两大类。（二）环境问题的发生和发展1、生态环境的早期破坏2、近代城市环境问题3、当代环境问题原来的环境问题仅仅表现为地区性或区域性，从世界范围和从整体上来看，演变为全球性的问题。（1）当前人类面临的环境问题：五大环境问题自然灾害、生态破坏、资源耗竭、环境污染、人口剧增（2）当前和以前的环境问题有何不同1)影响范围与性质不同2)危害后果不同3)污染源不同4)人们关心的重点和重视环境问题的国家不同5）解决环境问题的难易程度不同6）当前突发性严重污染事件多，污染范围大，危害重，经济损失巨大。（3）发达国家与发展中国家的环境问题1）发达国家的环境问题一是环境质量有了明显改善；二是仍有许多环境问题有待解决，并又出现了一些新的环境问题。2）发展中国家的环境问题发展中国家的环境问题主要是生态环境的破坏、环境卫生和大城市的污染问题。（三）人类对环境问题的认知1、人类的环境观天命论的自然观地理环境决定论征服论的自然观协调论的环境观2、人与环境的和谐纵观人类历史，人与环境的和谐程度大致可以包括：适应生存、环境安全、环境健康、环境舒适和环境欣赏五个方面的内容，在和谐程度上是逐级递增的。环境承载力：是在一定时期、范围和环境条件下，维持人——环境系统不发生引起环境功能破坏的质的改变，即维系人与环境和谐的前提下，人——环境系统所能承受的人类活动的阈值。人口容量：从适应生存的角度讲，人口容量可定为：在特定时空条件下，资源、生态、环境在保障人类基本生理需求的前提下，所能够供养的最大人口数。人与环境和谐：人与自然环境的和谐，人与人工环境的和谐，人工环境与自然环境的和谐第二节环境科学和环境保护一、环境规律（一）什么是环境规律指人类与环境相互作用的规律就是环境规律。书山有路勤为径3/34张烈(二)五律协同（制约人类生存与发展的客观规律有以下五类）自然规律，社会规律，经济规律，技术规律，环境规律人类在实现重大战略目标的过程中，会受到多种规律的作用，其作用状态有三：规律作用方向与目标一致者，称之为协同规律作用方向与目标背离者，称之为颉颃规律作用方向与目标偏离者，称之为偏离当五类规律的作用方向都与目标一致时，称为五律协同。（三）规则与规律自然环境的改变是自然规律作用的结果，不违背规律；但是如果环境质量降低，就违背了环境规律和谐的要求二、环境保护（一）环境保护的概念环境保护是指采取行政的、法律的、经济的、科学技术等多方面措施，合理地利用自然资源，防止环境污染和破坏，以求保持和发展生态平衡，扩大有用自然资源的再生产，保障人类社会的发展。（二）世界环境保护的发展历程4月22日------“地球日”；6月5日------“世界环境日”（三）我国环境保护工作回顾1、萌芽阶段（1949-1973）2、起步阶段（1973-1983）3、发展阶段（1983-1995）4、深化阶段（1995-）“三同步、三统一”的方针。“三同步、三统一”是指：经济建设、城乡建设、环境建设同步规划、同步实施、同步发展，实现经济效益、环境效益、社会效益的统一。实行环境影响评价、“三同时”、排污收费3项老制度老三项新五项制度：环境影响评价制度，“三同时”制度，排污收费制度，环境保护目标责任制，城市环境综合整治定量考核制度，排污许可证制度，污染集中控制制度，污染限期治理制度。“三同时”制度：企业、事业单位在进行新建、改建和扩建工程时，防治污染和其它公害的设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。4、深化阶段（1995-）〈环境与发展十大对策〉：1）实行持续发展战略。2）采取有效措施，防治工业污染。3）开展城市环境综合整治，治理城市“四害”（废气、废水、废渣和噪声）。4）提高能源利用效率，改善能源结构。5）推广生态农业，坚持不懈地植树造林，切实加强生物多样性的保护。6）大力推进科技进步，加强环境科学研究，积极发展环保产业。7）运用经济手段保护环境。8）加强环境教育，不断提高全民族的环境意识。9）健全环境法规，强化环境管理。10）参照联合国环境与发展大会精神，制定我国行动计划。三、环境科学的内容及研究对象（一）环境学环境学的任务在于揭示人类与环境相互作用的基本规律，它是环境科学的核心，它着重于环境科学基本理论和方法论的研究。（二）环境科学环境科学是研究人类活动与其环境质量关系的科学。环境科学的研究对象是人类与其环境之间的矛盾书山有路勤为径4/34张烈第二章自然环境与生物圈第一节地球环境的形成与演化第二节大气圈一、大气圈及发展史二、大气的组成大气成份分为：干洁空气、水汽、固液体杂质三大部份组成。(一)干洁空气：没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气（二）水汽（水滴如云滴、雾滴）（三）冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）三、大气圈的结构（一）大气的高度：大气的下界——地面，上界则说法不一1、着眼于大气中出现的某些物理现象来确定的极光：1200km2、着眼于大气密度卫星探测资料推算：2000—3000km（二）大气的垂直分层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层五层。1、对流层（1）范围：低纬17—18km、中纬10—12km、高纬8—9km（2）三个最基本特征：1）气温随高度的升高而降低2）有强烈的对流运动3）气象要素水平分布不均，天气现象复杂多变气温直减率γ：上升单位高度时气温降低值γ＝－∆T/∆Z其中：∆T=T2－T1、∆Z=Z2－Z1,平均而言：r=0.65℃/100米2、平流层：(1)高度:从对流层顶到50—55km(2)主要特征：1）气温随高度升高，起初不变或变化很小，到25公里以上，气温随高度迅速上升。2）大气的运动以水平运动为主。3）水汽、尘埃含量很少，类似对流层中的云难生成，大气透明度好。3、中间层：高度从55到85km左右主要特征：①气温随高度增高而迅速下降。②有对流运动。③有一个只在白天出现的电离层D层（60－90km）4、暖层：高度从85到800km随高度升高，气温迅速升高空气处于高度电离状态。E层90－130km和F层160－350km5、散逸层：800km以上四、大气边界层(一)湍流运动在大气边界层中，由于地面粗糙度的影响，风速越靠下层变得越小，因而产生了风速的垂直梯度，形成湍流。(湍流是一种具有强烈涡旋性的不规则运动，在边界层大气中，几乎总是存在湍流运动。要给湍流作完善和恰当的定义是十分困难的，故至今尚无严格统一的定义。然而人们已很好地认识书山有路勤为径5/34张烈到湍流的存在和它的性质，烟囱排出的烟气总是涡旋性地扩展，便是大气湍流的形象表征。)近地层湍流强弱主要与下垫面粗糙度、平均风速和大气稳定度有关。下垫面越粗糙，平均风速越大，大气越不稳定，湍流愈强。因为几乎所有污染物质的扩散都是在大气边界层中进行的。因此，边界层大气运动的湍流对污染物的扩散稀释起着重要作用。(二)风：在大气边界层中，由于随高度增加摩擦力减小，因而风速随高度增加明显变大。(三)温度的垂直分布（气温直减率r）温度的垂直分布用气温直减率r来描述，气温直减率r是指上升单位高度时气温降低值。其表达示为：在对流层中，当r﹥0时，气温随高度升高而降低，正常分布；当r﹦0时，气温随高度升高而不变，等温大气；当r﹤0时，气温随高度升高而升高，逆温大气。逆温：在对流层中气温随高度升高而增高的现象。根据逆温形成原因将逆温分为辐射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温、锋面逆温。1、辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。2、平流逆温:暖空气平流到冷的下垫面上而产生的逆温，称为平流逆温。3、湍流逆温:由于低层空气的湍流混合而形成的逆温，称为湍流逆温。4、下沉逆温:因整层空气下沉运动而造成的逆温，称为下沉逆温。5、锋面逆温:由于锋面作用而形成的逆温，称为锋面逆温。五、大气稳定度（陈立民P193-P195）（一）气温的绝热变化和非绝热变化1、概念空气与外界有热量交换而引起的状态变化过程，称为非绝热过程，此状态变化就是非绝热变化。如空气的水平运动过程就是非绝热变化。地面与空气之间（或空气与空气之间）的热量交换方式有：传导、辐射、对流、湍流、蒸发凝结（升华凝华）。空气与外界没有热量交换而引起的状态变化过程，称为绝热过程，此状态变化就是绝热变化。如空气的垂直运动过程可近似看作绝热变化。2、气温的绝热过程任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程，称为绝热过程。此时压力变化使空气膨胀或压缩而引起温度的变化。大气中，作垂直运动的气块，其状态变化近似于绝热过程。二）干绝热直减率和湿绝热直减率1、干绝热过程和干绝热直减率当升、降运动气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热量的过程，叫干绝热过程。干空气或未饱和湿空气的垂直运动可近看作干绝热过程。干绝热直减率（γd）：是指干空气或未饱和湿空气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为干绝热垂直减温率（简称干绝热直减率)。即γd=0.985℃/100米≈1℃/100米2、湿绝热过程和湿绝热直减率当升降气块内部发生水相变化时的绝热过程，称为湿绝热过程。湿绝热直减率（γm）：是指饱和湿空气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为湿绝热垂直减温率（简称湿绝热直减率）。它不是常数，但γm＜γd。注意：气温直减率（γ）、干绝热直