2010
纯氧大气
·纯氧大气
-在讨论平流层内与氧有关的过程时，假定只有0、O?、O?参与光化反应，而把大量的N?作为三体碰撞中的第三物质。
-J?、J?是分解速率系数
-k11、k??是三体碰撞的反应速率系数，k?3是二体碰撞的反应速率系数。
-除理论计算外，这些系数值也可由实验方法测定。但都有较大的不确定因
光分解反应
复合反应
·
·
子。
·把o、O、O、M的数密度简写为、n、n、nmO+○+M→O?+M,k11
k?3
·在静止大气中71=⑦2=v?=0
·不方程可普遍表示为
-C是光化生成项，(Bn+An2)是消失项
数密度随时间变化的方程
·将O、O?的数密度都折合成O?的数密度，则等价的O?的数密度为
·如果A、B、C都是常数，或者与n相比变化极慢，则光化平衡时
静止纯氧大气模式成分随时间的变化
·在非平衡情况下，
·n?是初值，n是光化平衡值
·若A=0
n=ne+(no-ne)exp(-Wt)=ne+(no-ne)e-B
W=(B2+4AC)172表示光化过程进行的快慢
一该成分到达光化平衡所需的时间称为光化平衡时间。T=(B2+4AC)-1/3
-若光化平衡时间很短，则认为n能很快的达到光化平衡值ne,就可认为该成分经常处于光化平衡状态。
静止纯氧大气模式成分随时间的变化
·在平流层内，n?很小，三体碰撞化学反应可忽略(作业：计算在不忽略这一项时
·由于nm、n?都很大，故光化平衡时间t=B-1很小，从而可认为n?处于光化平衡
·在臭氧层高度，k?nMn?的量级为1013-10?,k??n?的量级为10?-103
A=0
B=k12nMn?+hk13n?
态
·n?偏离平衡值不远，则J?n?与k1?7?n?同数量级。
·在白天，O?的分解过程比较重要J?》k??n?,于是有J?n?》k1?n?n?,所以有J?n?》J?n?
·在平衡状态下，解得n?
·在臭氧层低部，n很大，而J?、J?较小
-由上式可知τ(O?)将变得很大。如在40km高度上，t(O?)1d;在30km高度上，约为一星期；到了20km处，约为几个月。
说明在臭氧层低部要达到光化平衡需要很长时间，而那里的输运过程却很强。因此平流层低部的臭氧不可能处于光化平衡态。
·臭氧光化平衡时间
-日落后n?是随时间指数下降的。在40km高度上，日落约两分钟后，n?就降至n?的1%
随着高度增加，n?增大，还需考虑与n?2和n?n?有关的项，日落后n?减小的速度变慢。
-在热层低部，由于n?很大，可近似的只考虑n?2
项，夜间氧原子的生存时间可达一月或更长。
-在没有太阳辐射时，J?=J?=0
-在平流层内，n?很小，所以n?项可忽略；并且nm,n?》n?
·假定日落时的数密度为n?0,上式积分后
n1=N10exp(-k12NMn2t)
03
没日出
85
65
6912
90km
7080
60
50km
40km
6050
7065
85
90
80km
6912
0
日没0出15182103
地方時
1518
60
50km
0
21
+
80
65-
70-
75
75
图5-8n(O)日夜变化的模式计算(59°N)
11
10
9[
8
7
6L
12
11
10
9
8
7
6
log,n(O)(cm-)
13
12
logu(O))cm-
12
-在55km以下，n?很小，T(O?)1d。这说明,在整个夜间n?变化很小。
-在120km高度上，不但n?较大，在高温下k??值也变大，所以τ(O?)很小，即日落后n?迅速上升至夜间平衡值。
-日出后，受到太阳辐射的光分解，80km以上n?很快的下降到白天的平衡值。
·光化平衡时间及平衡时的浓度
·夜间J?=0
n3=n30+n10-n
·平流层内的n?及其日夜变化量都是很小的，
所