Chemistry of Atmospheres

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出版者:
作者:Wayne, Richard P.
出品人:
页数:806
译者:
出版时间:2000-3
价格:$ 88.42
装帧:
isbn号码:9780198503750
丛书系列:
图书标签:
  • 大气化学
  • 大气科学
  • 环境化学
  • 气象学
  • 污染物
  • 平流层
  • 对流层
  • 大气物理
  • 大气成分
  • 空气质量
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具体描述

Atmospheric chemistry has been the focus of much research activity in recent years, and there is now heightened public awareness of the environmental issues in which it plays a part. In a clear, readable style, this important book looks at the insights and interpretations afforded by the research, and places in context the exciting, dramatic, and sometimes disturbing findings. Like its highly successful predecessor, this new edition lays down the principles of atmospheric chemistry and provides the necessary background for more detailed study. The text has been thoroughly revised and expanded throughout to take into account recent advances in atmospheric science that include a host of new atmospheric measurements, extended laboratory experiments, ever more sophisticated models, and ingenious interpretations of the phenomena. Heterogeneous processes are now known to be of great significance in the chemistry of the Earth's atmosphere, and new sections of the book discuss the influence of such processes on both the stratosphere and the troposphere. A major eruption, that of Mount Pinatubo, has highlighted how volcanoes can influence 'natural' atmospheric chemistry, and the opportunity is taken to examine the effects of the gases and particles produced in such eruptions. The startling discovery of the 'Antarctic ozone hole' has now been matched by observations of similar ozone losses in the Arctic; both phenomena are explored in more depth than before, and the whole question of trends in stratospheric ozone concentrations is updated. New topics in tropospheric chemistry that are discussed in this edition for the first time include the atmospheric chemistry of biogenic hydrocarbons, of aromatic compounds, and of halogens and halogen-containing species. Several aspects have been added to the examination of air pollution, including the effects of biomass burning. Rapid changes in the composition of the Earth's atmosphere, apparently a result of man's activities, are apparently even having an effect on global climate, and recent assessments of the Intergovernmental Panel on Climate Change are presented in this context. Air transport continues to expand, and the influence of aircraft on atmospheric chemistry and, indeed, on climate has excited interest that is explained here. Moving away from Earth, information gathered by the Voyager, Galileo, and other space missions, which have provided a new understanding of the atmosphere of the planets other than our own, is also discussed and brought up to date. This book does not attempt to suggest answers to the environmental problems facing us, but it lays the foundations for the study of atmospheric chemistry on which rational decisions will need to be based. A multidisciplinary approach is taken throughout in order to highlight the interplay between the atmosphere of a planet and other parts of the environment. This feature makes the book full of interest for chemists, physicists, biologists, and other scientists alike, and accessible to all of them. Readers will find the book an excellent introduction to an exciting topic, and a fascinating source of information about a part of science that is proving to be of key importance.

大气化学:深入探索地球生命支持系统的复杂性 书籍名称:《大气化学:过程、机制与未来挑战》 作者:[虚构作者姓名,例如:张伟 教授,李芳 博士] 出版社:[虚构出版社名称,例如:地球科学前沿出版社] --- 内容提要: 《大气化学:过程、机制与未来挑战》是一部全面而深入的专著,旨在为大气科学家、环境工程师、地球系统研究人员以及高年级本科生和研究生提供一个理解地球大气中化学过程的权威性参考。本书摒弃了对基础化学原理的冗长复述,直接聚焦于大气环境中独特的反应动力学、传输机制以及这些过程对气候、空气质量和生物地球化学循环的深远影响。 全书结构严谨,逻辑清晰,从微观的自由基化学到宏观的大气环流输送,层层递进,构建起一个完整的大气化学知识体系。本书特别强调了现代观测技术(如卫星遥感、激光雷达和在线质谱分析)如何揭示复杂大气现象的真实面貌,并深入探讨了当前大气科学面临的关键不确定性及其未来研究方向。 --- 详细章节介绍: 第一部分:大气化学的基础与环境背景 第一章:大气组成与物理基础的再审视 本章首先回顾了大气的主要组分,但重点放在了痕量气体的分布、垂直梯度及其对辐射平衡的贡献上。详细分析了分子和原子能级结构在光化学反应中的作用,特别是对紫外和可见光吸收截面的精确量化。引入了大气中能量传递和湍流混合的参数化模型,为后续的化学反应速率计算奠定物理基础。强调了气溶胶表面作为异相反应场所的重要性,并区分了不同尺度湍流对化学物质输送的影响。 第二章:核心化学过程:自由基驱动的氧化 本章是全书的基石,集中阐述了大气氧化性循环的驱动力——羟基自由基(OH)、硝基过氧自由基($ ext{NO}_3$)和氯自由基(Cl)。详细剖析了OH的日变化循环、季节性变化及其在清除大气中甲烷、$ ext{CO}$和挥发性有机化合物(VOCs)中的关键作用。对这些高活性物种的定量测量方法(如基于LIF技术的现场测量)的优缺点进行了批判性评估。此外,本章深入探讨了$ ext{HO}_2$的反应网络,及其在$ ext{NO}_x$循环中的调控地位。 第三章:氮氧化物 ($ ext{NO}_x$) 与臭氧的动态平衡 本章聚焦于$ ext{NO}_x$($ ext{NO}$和$ ext{NO}_2$)与对流层臭氧 ($ ext{O}_3$) 之间的复杂耦合。系统梳理了$ ext{NO}_x$的来源(自然源与人为源),并细致分析了光化学烟雾的形成机制,特别是$ ext{PAN}$族化合物的生成、储存和反硝化过程。本章重点讨论了“臭氧产生效率”($ ext{OPE}$)的概念,以及如何利用$ ext{NO}_x$/$ ext{VOC}$比值来预测城市和区域空气质量的响应。引入了对平流层臭氧传输到对流层的垂直混合过程的讨论。 --- 第二部分:气溶胶与非均相过程 第四章:气溶胶的物理化学特性与辐射效应 本章从气溶胶的生成机理(成核、凝结增长和絮凝)出发,详细介绍了硫酸盐、硝酸盐、有机碳(OC)和黑碳(BC)等主要组分的性质。侧重于气溶胶的颗粒物大小分布与大气化学反应速率的耦合,特别关注了亚微米颗粒物(PM2.5)的形成机制。在辐射效应方面,本书深入探讨了直接消光效应(散射和吸收)和间接效应(云的形成和生命周期影响),并分析了“辐射强迫”的最新量化结果。 第五章:异相反应与表面化学 本章专门处理气体分子与气溶胶颗粒表面、云滴或冰晶表面的反应。详细阐述了$ ext{N}_2 ext{O}_5$在硫酸盐和硝酸盐颗粒上的水解和失活反应,这是$ ext{NO}_x$清除的关键路径。同时,对$ ext{SO}_2$在湿性表面上的氧化过程进行了动力学建模。本章还分析了沉积速率的测量方法,并将表面活性的影响纳入了区域化学传输模型(RCTMs)的参数化方案中。 第六章:有机大气化学:复杂性的前沿 本章全面覆盖了挥发性有机化合物(VOCs)的氧化路径,从简单的$ ext{C1}$和$ ext{C2}$物种到复杂的芳香族化合物。重点介绍了二级有机气溶胶(SOA)的生成机制,包括氧化产物的低挥发性和蒸发平衡。引入了“氧化性有机气溶胶”(OOA)的概念,并使用高分辨率质谱数据(如HR-ToF-AMS)来解析复杂有机混合物的结构特征及其对气候和健康的潜在影响。讨论了生物源VOCs(如萜烯)在区域臭氧和SOA生成中的“非线性”贡献。 --- 第三部分:传输、反馈与未来展望 第七章:大气传输与化学耦合模型 本章侧重于将微观化学过程集成到全球和区域尺度的传输模型中。详细讨论了模型中对流传输、湍流扩散、平流层-对流层交换(STE)的模拟技术。对当前主流大气化学传输模型(如GEOS-Chem, WRF-Chem)的网格尺度、化学机制求解器和边界条件处理进行了比较分析。特别强调了如何通过同化观测数据来校正和改进模型的预测能力。 第八章:生物地球化学循环与气候反馈 本章探讨大气化学如何与陆地和海洋系统相互作用。分析了大气活性氮($ ext{N}$)和硫($ ext{S}$)的沉降如何影响生态系统的生产力($ ext{N}$沉降对森林的影响)。重点讨论了温室气体($ ext{CH}_4$, $ ext{N}_2 ext{O}$)的寿命及其与OH自由基浓度的双向反馈机制——即气候变化反过来影响大气的氧化能力。引入了对未来排放情景下大气化学响应的敏感性分析。 第九章:新兴污染物与未来挑战 本书的收官章节着眼于大气化学研究的前沿热点和未解之谜。深入探讨了卤代烃(如$ ext{HFCs}$和$ ext{CFC}$替代品)在平流层和对流层中的化学命运,及其对臭氧层恢复的持续影响。分析了新兴的“极性不饱和醛类”(PI$ ext{A}$s)在气溶胶形成中的作用。最后,本书提出了当前大气化学研究中主要的知识缺口,包括高海拔和极地大气化学的独特反应、复杂有机反应产物的表征标准化,以及化学同位素示踪技术在源解析中的应用前景。 --- 本书特色: 强调机制而非描述: 避免了对已知现象的简单罗列,专注于阐明化学反应的动力学原理和限速步骤。 观测与模型的融合: 充分整合了最先进的现场观测数据与复杂的化学传输模型结果,体现了大气科学的跨学科交叉性。 定量导向: 大量引用了关键反应速率常数、吸收截面和大气寿命的最新实验数据,为读者提供了进行定量计算的坚实基础。 《大气化学:过程、机制与未来挑战》是理解地球大气这一复杂系统的必备工具书,旨在推动读者在理论和应用层面达到更高的认知水平。

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