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气溶胶化学 PPT

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气溶胶

气溶胶

影响人体健康
凝聚过程、化学反应 湿度小的时后有吸水性， 其它方面与烟效应相同
三、气溶胶源和汇 --气溶胶来源
天然源、人为源
（按颗粒物形成机制）气溶胶
一次气溶胶粒子、二次气溶胶粒子 一次气溶胶粒子
天然污染源和人为污染源释放。
二次气溶胶粒子
大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间， 或与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化 反应或其它化学反应转化生成的颗粒物。
表面积分布曲线（峰值 ） 0.25m
大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模。
由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，粒 度为0.005~0.05m，属于核模型。
粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气 凝结气而长大的，属于积聚模型。
以上颗粒物合称为细粒(小于2m)
10
气溶胶源和汇—气溶胶天然来源
一次气溶胶粒子天然源 地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、
森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、 袍子等。
二次气溶胶粒子天然源
森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）--光化学反应--产生微小 颗粒；与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由H2S、SO2经氧 化生成的硫酸盐；由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。
一 气溶胶粒子成核过程
SO2转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下： 1. SO2气体的氧化g) mH 2SO4 nH2O
3.粒子成长过程
mH 2SO4 nH2O H 2SO4 其它气体、固体微粒 硫酸盐粒子
（液相硫酸雾核）
粒子（液体）
（固体）
二、气溶胶的分类
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类： ✓ 固态气溶胶——烟和尘； ✓ 液态气溶胶——雾；

002.6大气环境化学 -气溶胶化学.大气颗粒物

002.6大气环境化学 -气溶胶化学.大气颗粒物
颗粒大小的界限很难划分，通常用空气动力 学直径（Dp）描述。
空气动力学等效直径（Dp） 在气流中，如果所研究的颗粒物（任意密度
和形状）与一个单位密度的球形颗粒物的空气 动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就 定义为所研究颗粒物的Dp。
Dp DgK p o
Dp表示所研究的粒子有相同终端降落 速度的密度为1的球体。
气溶胶粒子的成核是通过物理和化学过程形成的。 气体经过化学反应，向粒子转化过 程从动力学角度 上分为四个阶段
均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中 在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大 由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大 通过干沉降(重力沉降或与地面碰撞后沉降)和湿沉
降(雨除和冲刷)过程而清除
nm
PM2.5 PM10 100 m m 1 m m 10 m m
Whitby的三模态模型
<0.05μm, 爱根核模(aitken) 0.05μm≤Dp≤2μm, 积聚模(accumulation mode) >2μm，粗粒子模(coarse particle mode)
热蒸汽 冷凝
风沙
0.5~2.5
天 森林火灾
然 海盐粒子
来 火山灰
源
H2S、NH3、NOx、HC 转化
0.01~0.5 3.0
0.25~1.5 3.45~11.0
小计
7.21~18.5
沙石（农业活动）
人 露天燃烧
为
直接排放 来
源
SO2、NOx、HC 转化
小计
总计
0.5~2.5 0.02~1.0 0.1~0.9 1.75~3.35 2.37~7.55 9.58~26.05
可吸入粒子(inhalable particles或IP)，易于通过 呼吸过程而进入呼吸道的粒子, 国际标准化组织 (ISO)建议将IP定为粒径DP≤10 μm的粒子

气溶胶的基本特征课件

气溶胶的基本特征课件

THANKS
感谢观看
改变云的形成和降水过程
01
影响地面对太阳辐射的吸收和反射
02
增加温室效应
03
对空气质量的影响
降低能见度
增加大气污染
形成光化学烟雾
对人类健康的影响
呼吸系统疾病 心血管系统疾病 增加死亡率
05
气溶胶的监测与测量方法
监测站点布局与采样方法
监测站点布局
采样方法
气溶胶测量仪器与技术
仪器
气溶胶测量仪器包括颗粒物计数器、粒子质量浓度测量仪、气溶胶质谱仪等。这 些仪器可以测量不同物理和化学性质的气溶胶，如颗粒物大小、成分和数量浓度 等。
06
气溶胶的控制与减排策略
减少排放源的措施
工业生产
控制工业生产过程中的废弃物排放，推广清洁生产技术，降低气 溶胶颗粒物产生。
能源利用
优化能源结构，减少燃煤和燃油使用，发展清洁能源，降低硫氧 化物、氮氧化物等气溶胶前体物的排放。
农业活动
推广有机肥和低毒农药使用，减少土壤和农作物中气溶胶颗粒物 的产生和排放。
控制大气中已有的气溶胶的措施
颗粒物排放控制
大气中已有气溶胶的去除
发展新型的气溶胶控制技术
新材料应用
研发新型材料，降低气溶胶颗粒物的产 生和排放，如低散发材料、水性涂料等。
VS
技术创新
推动清洁能源技术创新，提高能源利用效 率，减少气溶胶颗粒物的排放。如发展高 效、低成本的清洁能源转换技术、废弃物 资源化利用技术等。
气溶胶的性 质
物理性质
化学性质 环境影响
02
气溶胶的物理特性
粒子尺寸分布
气溶胶粒子大小通常在0.1-100 微米之间，其中大部分粒子在1-

大气气溶胶PPT课件

大气气溶胶PPT课件
4
气溶胶分类（大气科学按粒径）
5
气溶胶的源和汇
6
气溶胶粒子对人体的危害
7
大气气溶胶的浓度
粒子浓度是表征大气气溶胶特性的一个重要的物理量 数浓度、质量浓度、化学成分的质量浓度、面积浓度和体
积浓度 数浓度指单位体积空气中悬浮的粒子数，通常用个/cm3为
单位。质量浓度指单位体积空气中悬浮粒子的质量，用 mg/m3或ug/m3为单位 气溶胶粒子的浓度变化范围很大，受地理、气象和地域经 济结构不同的影响有很大差异。通常认为气溶胶本底的质 量浓度约为10ug/m3，数密度约为300个/cm3
8
大气气溶胶的浓度
气溶胶浓度有明显的季节变化和日变化。 春季高于夏季，采暖季高于非采暖季。 日变化与近地面有大气逆温层的生消有关。
9
大气气溶胶浓度随粒径的分布
大气气溶胶的浓度是 随其粒径不同而变化 的，就数浓度而言， 通常随尺度增加而减 小
10
浓度分布函数
11
12
粒子浓度随尺度分布的经验关系
次生气溶胶是指由微量气体通过成核与凝结转化为粒子。
42
气溶胶粒子的成核作用
43
气溶胶粒子的均相成核
44
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46
47
气溶胶粒子的非均相成核
当有外来粒子作为核心时，蒸汽分子凝结在该核心表面的 过程称为非均相成核
水溶性物质存在，或有现成的亲水性粒子存在时，常比纯 水更加容易成核、形成胚芽
55
谢谢！
56
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大气化学-10-大气气溶胶

大气化学-10-大气气溶胶
4
交通、矿山开发以及其他工业活动：借助其它外力 将粒子与地表分离并将它们举离贴地层，然后由湍流扩 散力和风力将它们输送到大气中。也有一些活动是在大 气中直接将固体物破碎使之成大气悬浮颗粒.
液体破碎过程产生大气气溶胶粒子：海浪溅沫。波浪 撞击、浪击海岸都会将大量的溅沫水滴抛向大气。
海水的运动以及海洋生物活动可产生大量的气泡，这 些气泡会在海水表面发生炸裂，从而将粒子带到空中。 火山爆发将大量的其他粒子喷射到自由对流层，甚至直 接送入到平流层。
此外，还有各种燃烧过程：产生一次气溶胶粒子。除了 产生飞灰外（>1m)，还会产生超细粒子，这些细粒子 会发生碰并而成较大粒子。
5
5.2.2 气-粒转化过程 气-粒转化过程是大气气溶胶的一种重要来源，也
是大气化学中的一类重要的化学-物理过程,该过程导 致质量浓度增加。它是许多重要大气化学过程的最后 一步，对许多大气微量成分构成了清除机制。
Secondary Organic Aerosol
Evaporation upon dilution
Surface / multiphase reactions
POA
Direct Emission
Hodzic, ACP,2009
Forest
Traffic Industries
Biomass Biological Burning Debris
与气-粒转化过程相反，大气中也会发生颗粒态 固相或液相物质转化成气相物质的过程。除了通常 所见的液体蒸发和固体升华过程外，大气中的某些 化学过程也能将粒子转化成气体。
20
（二）非均相成核 当有外来粒子作为核心时，蒸汽分子凝结在该核 心表面的过程称为非均相成核。
在有各种水溶性物质存在或有现成的亲水性 粒子存在时，比纯水更易成核、形成胚芽。

大气气溶胶

大气气溶胶
见图2-19。图中还表示出三 图2-19 气溶胶的粒径分布及 种大气气溶胶的表面积按粒 来源和汇 径的分布及各个模态粒子的 主要来源和去除机制。
3）气溶胶的粒径分布
气溶胶粒子的成核是通过物理和化学过程形成 的。气体经过化学反应，向粒子转化的过 程 从动力学角度上可以分为以下四个阶段： (1)均相成核或非均相成核，形成细粒子分 散在空气中。 (2)在细粒子表面，经过多相气体反应，使 粒子长大。 (3)由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大。 (4)通过干沉降(重力沉降或与地面碰撞后 沉降)和湿沉降(雨除和冲刷)清除。
4）气溶胶粒子的化学组成－气溶胶粒子中的有机物
气溶胶粒子中的有机物 （particulates organic martter， POM）：其粒径一般在 0～10μm之间，其中大部分是 2μm以下的细粒子。
4）气溶胶粒子的化学组成－ 气溶胶粒子中的微量元素
大气： 粗模： 细粒子：
5） 气溶胶的危害
图2-20 人体呼吸道吸入颗粒 物的粒径及份额
5） 气溶胶的危害
根据大气中颗粒物的化学组成进行污染来源的判别及 其贡献率的研究，已成为近10年来大气颗粒物表征的 重要内容。
人们希望能从大量观测到的数据中经过处理和分析得 到有关各种有害成分的来源及其贡献的有用信息，以 便为制定控制人为污染源的策略提供科学依据。
气溶胶粒子污染来源的常用推断方法有相对浓度法、 富集因子（EF）法、相关分析法、化学质量平衡法 （CMB）和因子分析法（又可分主因子分析PFA和目标 转移因子分析法TTFA）。
富集因子法。
6） 大气气溶胶研究动向
●大气气溶胶的表征研究
●气溶胶的大气化学过程研究 ●气溶胶与气候变化的研究 ●气溶胶与健康效应的研究

气溶胶化学PPT课件

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lg(dN / d lg Dp ) lg C2 3.06lg Dp
பைடு நூலகம்
• 对于表面积分布和体积分布来说， 幂函数的模式不适用。
• 在Junge的工作基础上，Whitby及其同事根据粒子的来源、化学特 征和去除过程与粒径的关系进一步确立了气溶胶的多模结构。用质 量、表面积或体积分布表示时，典型城市气溶胶的重要特征显得更 加明显。图中各曲线下的面积分别与相应的粒子数、粒子表面积和 粒子体积成正比。这种方法使气溶胶粒子的多峰形模结构特征表现 得更加明显。
• 降尘（dustfall）是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒 物中一般直径大于 30m的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉 降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为 评价大气污染程度的指标之一。 • 可吸入粒子（inhalable particles，IP）：国际标准化组织（ISO）建 议，将可吸入呼吸道的粒径范围内（Dp≤10m）的粒子称为可吸入 粒子。粒子附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积下来，直接影响人 的呼吸，危害人体健康。因此IP是最引人瞩目的一类粒子。
一次气溶胶 a. 扬尘 风蚀尘、生物微粒；Dp> 2m，与土壤化学成分相近 b. 海盐 Dp> 2m，主要是 NaCl、MgCl2、SO42c. 火山尘 Dp> 2m，与土壤相近 d. 山林火灾尘 Dp< 2m，主要是有机物质 e. 宇宙尘 Dp> 2m，主要是金属微粒 a. 植物排放 Dp< 2m b. 与自然界 N、S 循环有关的化学转化 H2S→H2SO4、SO42-；NOx→NO3-
V
ln 0.02 be
• 对可见光 be = bs V=3.9/bs • 对城市大气 bsp>>bsg be = bsp • ==== V

第二章第一节气溶胶

第二章第一节气溶胶

小知识
随着粒子尺度的变化，粒子也会表现出不同 的物理特性。例如，100μm的铝粒子爆炸性很 微弱，其最低引燃能量为200mj，而10μm的铝 粒子，最低引燃能量仅为10mj，爆炸性很强 烈。这正是比如面粉加工厂等多粉尘的地方需 要特别注意的。
4、粒子浓度和粒子浓度随高度的分布
粒子浓度 是描述大气气溶胶特性的另一个 重要物理量。表示粒子浓度的方法有好几种， 如数浓度、质量浓度和化学成分质量浓度等 等。数浓度定义为单位体积空气中悬浮的粒子 的数目。气溶胶的质量浓度定义为单位体积空 气中气溶胶物质的质量。有时也用气溶胶粒子 的质量与空气的质量之比来度量气溶胶粒子的 质量浓度。
3、粒子的等效尺度和常用特征尺度
空气动力学等效直径 在气流中，如果所研 究的粒子与一个有单位密度的球形粒子的空气 动力学效应相同．则这个球形粒子的直径就被 定义为所研究粒子的空气动力学等效直径． 一切根据惯性原理设计的撞击式测量仪器所 测量的粒子直径都是空气动力学等效直径；根 据带电粒子的迁移速率与粒子尺度的关系设计 的粒子尺度测量仪器所测量的也是空气动力学 等效直径。 例1
常用的特征尺度
核模态(r<0.05μm)，积聚模态(0．05＜r ＜1．oμm＝和粗模态(r＞1.0μm)。 大气物理学(云、降水物理)中常把凝结核分 为爱根核、大核和巨核。所谓爱根核即指半径 小于0.1μm的质粒，因爱根(Aitken)最先使用 凝结核计数器对这种尺度的质粒进行测量而得 名。大核的半径范围为o.1μm~1.0μm，巨核 指半径大于l.0μm的质粒，它们在尺度范围的 区分上与三模态基本一致。
实际大气的经验描述
观测的大气气溶胶粒子数谱分布可分成三个模 态，实际上大气气溶胶还有另一种由气体转化成的更 小的粒子，一般光学仪器探测不到。这样，大气气溶 胶是由4种尺度谱分布不同的气溶胶混合面成的。4种 气溶胶体系的粒子数谱分布的峰值分别出现在半径为 0.0l~0.05μm ， 0.15 ～ 0.3μm ， 0.5 ～ lμm 和 5— 10μm范围之内。因此，要描述大气气溶胶在整个尺 度范国内的粒子数谱分布，最好用一个四项式。每一 项代表一种气溶胶。考虑到气溶胶粒子的形成过程的 随机特点，每一种气溶胶的粒子数谱分布可用一个正 态分布函数表示，即整个大气气溶胶的粒子数谱分布 函数是4个参数不同的正态分布函数组成的四项式。

《气溶胶化学》PPT课件

《气溶胶化学》PPT课件
苯并[a]蒽 苯并[b]荧蒽 苯并[k]荧蒽
苯并[a]芘 二苯并[a,h]蒽 苯并[g,h,i]苝 茚并[1,2,3-cd]芘
7
❖分类：
2.按颗粒物的物理状态分: 固态：烟、尘 液态：雾 固液混合：霾、烟雾
3.按粒径大小分： 环境部门 大气科学(云降水物理)
8
(一) 环境部门
1. 总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的 颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径 多在100 μm以下，尤以10 μm以下的为最多。
31
（一）离子成分
（4）其他的水溶性离子
a. Cl-：海盐粒子是大气颗粒物中Cl-的主要贡献者。 沿海地区大气颗粒物中的Cl-主要存在于粗粒子中； 化石燃料（煤）的燃烧也可以排放，存在于细粒子
中，使得燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl-会产生富集。
b. Na+：海水中含量最高的阳离子，沿海地区中几乎 都来于海洋排放，存在于粗模态中。
大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。
（1）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后 沉降。
（2）湿沉降： ① 雨除 ：气溶胶作为CCN成为云滴中心，通过
凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T<0 ℃）即雪， 形成降雨/雪。 ② 冲刷：在降雨/雪过程中，雨滴将大气中的微 粒挟带或冲刷下来。
18
❖ 重要性： 1. 化学 (干湿沉降,光化学烟雾,多相反应界面 etc.) 2. 气候效应 (直接气候效应及间接气候效应) 3. 环境质量（能见度） 4. 健康效应
16
气溶胶的来源
大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为 自然源和人为源。
自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风 蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾 等。

第5章 气溶胶化学

第5章 气溶胶化学

第三节 气溶胶粒子的成核作用
气溶胶粒子的成核是通过物理过程和化学过程形成的， 气体经过化学反应，向粒子转化的过程从动力学角度可以 分为4步：
1.
2.
3. 4.
均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中； 在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大； 由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大； 经过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）和湿沉降 （雨除和冲刷）清除。
3. 半挥发性有机物在气相和颗粒相的分配 大气中的有机物按其饱和蒸汽压的大小分为挥发性有机 物（VOC）、半挥发性有机物（SVOC)、和非挥发性有机 物 (NVOC). 半挥发性有机物来源于燃烧源的一次排放和大气光化学 的二次转化。一般认为，半挥发性有机物存在于气态，直到 其浓度达到某个临界值时，吸附到合适的颗粒物表面或通过 均相成核进入颗粒态，此时半挥发性有机物的气相与颗粒相 之间达到热力学平衡。
2. 气溶胶中的水溶性有机物 水溶性有机物（WSOC),即用水能够提取下来的颗粒物中的 有机物，可占POM的20~70%。因为吸湿性和作为云凝结核 （CNN) 的能力，环境效应十分重要。在一些背景地区，浓 度可相当或高于无机离子组分。 WSOC占颗粒物中有机物的50~80%，占颗粒物水溶性部分 的20~50%。
一、气溶胶粒子中的离子成分
水溶性离子是气溶胶的重要化学组分，在乡村大陆地区， 气溶胶中的水溶性组分随着粒径的减小而增加，在0.1~0.3μm 的范围内可达80%。在海洋大气中，即使是粗粒子也主要由 水溶性物质组成（海盐）。 水溶性离子组分中阴离子主要以硫酸盐、硝酸盐、卤素离 子存在，而阳离子主要是铵根离子及碱金属和碱土金属离子。
多环芳烃（PAHs）具有显著毒性，具有冬高夏低的季节 变化规律，早晨和下午交通高峰期浓度出现高值，白天由于 混合层高度上升PAHs浓度下降。 苯并芘（B[a]P) 被人为是PAHs中毒性最强的化合物，海 洋大气浓度为1~10pg/m3, 自然保护区空气中0.1ng/m3

第七讲 大气气溶胶

第七讲 大气气溶胶
一般工业区和农村地区。 三类区为特定工业区。 4.2 环境空气质量标准分级
环境空气质量标准分为三级 一类区执行一级标准 二类区执行二级标准 三类区执行三级标准
环境空气质量标准 GB 3095-1996
3
• 凝结核
7.2.5 其它
• 能见度
• 辐射
• 提供多相反应的表面
• 光化学烟雾
• 酸雨
2010-1-7
Fbdown
反射率/ reflectance 吸收率/ absorptivity 透过率/ transmittance
气溶胶光学特性 Optical properties of atmospheric aerosols
大气层/ atmospheric layer
z2
* 光学厚度： τ = ∫ ke(z)dz z1
卫星遥感 satellite-borne radiometer/spectrometer
I0
I(λ) = I0(λ) exp(- τ)
τ = τm+τg+τa
τm Rayleigh scattering
I(λ)
τg Gas absorption
τa Aerosol optical depth
7.3.2 气溶胶气候效应
can be calculated with Mie theory.
气溶胶光学特性 Optical properties of atmospheric aerosols
单个粒子 / Single particle
单次散射反照率/ single scattering albedo
ω = σs /σe (散射)相函数/ phase function
内容提要

S型气溶胶灭火装置培训PPT课件

S型气溶胶灭火装置培训PPT课件
举例 说明热气溶胶灭火系统的设计计算
下 面 举例 说明热气溶胶灭火系统的设计计算: 某 通 讯 传输站作为一单独防护区，其长、宽、高分别为5.6 m, 5m,3.5m ，其中含建筑实体体积为23m² 1) 计 算 防护区净容积。 74 V = (5 .6X5X3.5)一23=75(m³), 2) 计 算 灭火剂设计用量。 依 据 气体灭火设计 规范， W = C ·K ·V, C: 取 0 .1 3kg/m³,K 、取1，则: W = 0. 13X 1X 75=9.75 (kg), 3) 产 品 规格选用。 依 据 设计 规范第3.2.1条以及产品规格，选用S型气溶胶灭火装置10kg一台。
清华S型热气溶胶灭火装置调试
一、调试方法： 1、将全部气溶胶灭火装置连接好后，把启动线从气体灭火控制上拆下，用万用表打到欧姆档测量两线的电阻，电阻值符合防区内全部装置的总电阻时，说明接线正常。电阻值很大或者为无穷大是，说明线路有接触不良或者断路。（测试方式如下图）
清华S型热气溶胶灭火装置调试
0
16
0
0
0
温室效应潜能 （GWP值）
0
5800
0
2050
1
毒性
NOAEL(%V/V)
灭火溶度1倍无不良反应
5
43
9
灭火溶度1/5人感呼吸困难
NOAEL(%V/V)
灭火溶度3倍无不良反应
7.5
52
1.5
灭火溶度1/2窒息
灭火速度
快
最快
慢
快
最慢
最小设计用量（g/m³）
130
330
920
626
1000
大气中存活寿命（年）
2、需要调试联动时，把装置的启动线拆下，在气体灭火控制器上的启动输出端接上电子点火头（没有电子点火头时也可以用DC24V小型继电器代替），当火灾报警启动后,达到所设定的启动延时后电子点火器起爆（或继电器吸合）说明气体灭火控制器联动正常。否则需检查气体灭火控制器系统。（接线如下图）

余涛-气溶胶遥感反演研究PPT课件

余涛-气溶胶遥感反演研究PPT课件
Sea Salt
Pollen
中文 煤烟 硫磺酸 水晶有机物
直径（纳米） 10 - 100
硫酸铵
海洋有机物 生物质烟
100-1000
沙尘 海盐 花粉
1000-
10000 6
1.大气气溶胶特性
1.2 气溶胶几何特性-微观形态特性
大气中的气溶胶粒子来源较多，大小不同，形状各异。在实际研究中宏 观上分析时需要有一个粒子尺度分布函数来描述气溶胶粒子群。
气候系统是一个极其复杂的多圈、多层次系统。在诸多影响气候变化 的因子中，气溶胶是一个既重要却又不确定的影响因子。
18
2. 卫星监测气溶胶参数的意义
2.1气溶胶的影响-气候系统
• 直接、间接辐射强迫作用 • 通过云影响降水 • 与雪、冰的相互作用
影响大气辐射平衡，严重影响区域和全 球变化！！！
19
2. 卫星监测气溶胶参数的意义
采用T-Matrix计算的不同形状的非 球形粒子相函数
1.大气气溶胶特性
1.4 气溶胶光学特性-偏振特性 光波是一种横波，也是一种电磁波。电磁波的波动性质
由 Maxwell 方程组来描述，其基本研究对象是矢量波，分 别是电场矢量 E 和磁场矢量 H，完整描述它们需要四个参 量：波的振幅、波长、位相和偏振。
2.1气溶胶的影响-人居环境
环境：大气能见度下降，阻碍空中、水面和路面交通 健康：显著提高呼吸道、肺心病以卫星监测气溶胶参数的意义
2.1气溶胶的影响-人居环境
晴空、污染天气对比图
晴空、沙尘天气对比图
21
2. 卫星监测气溶胶参数的意义
2.1气溶胶的影响-人居环境
2008年：我国三分之二城市空气气溶胶细粒子浓度超标。
PM 2.5 是气溶胶。

第05讲 气溶胶-温室气体-臭氧层

第05讲 气溶胶-温室气体-臭氧层

(1) 二氧化碳
CO2是大气中丰度仅次于氧、氮和惰性气体 的物质，由于它对地球红外辐射的吸收作 用，一直是全球气候变化研究的焦点。
CO2浓度显著上升变化是工业革命以后大气 组成变化的一个十分突出的特征，其根本 原因在于人类生产和生活过程中矿石燃料 的大量使用。
人类对森林树木无节制的滥砍滥伐，导致 全球森林覆盖率的下降，植被的减少，尤 其是热带雨林的衰退，全球总的光合作用 的减小，从而增加了CO2在大气中的积累。29
第二章 大气环境化学
第一节 大气中污染物的迁移 第二节 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础 二、大气中重要自由基的来源 三、氮氧化物的转化 四、碳氢化合物的转化 五、光化学烟雾 六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染 七、酸性降水 八、大气颗粒物(气溶胶) 九、温室气体和温室效应 十、臭氧层的形成与耗损
Dp Dg K
p 0
Dg—几何直径
ρp—粒子密度
ρ0—参考密度(1g/cm3)K—Leabharlann 状系数(球形粒子K=1)5
大气颗粒物按其粒径大小分类
①总悬浮颗粒物 用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗
粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP 表示。其粒径多在100μm以下，尤以10 μm以下 的为最多。 ②飘尘 可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘。其粒径 主要是小于10μm的颗粒物。 ③降尘 ④可吸人粒子
表：不同粒径颗粒物的沉降速度
18
(2)湿沉降
指通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过 程。湿沉降的两种机制： ①雨除
一些颗粒物做为形成云的凝结核，通过凝结过程和碰 撞过程使其增大为雨滴，降落到地面。
对半径小于1μm的颗粒物的去除效率较高。
②冲刷
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– 粗粒子主要来自天然源，如扬尘、海洋浪花等。
• 从粒径大小来看，0.1~10m大小之间的粒子危害最大。10m以上的粒子 由于惯性作用，被鼻与呼吸道黏液排除；小于0.1m的颗粒由于扩散作用 和布朗运动被黏附在呼吸道表面，随痰而排出；0.1~10m之间的粒子可 以直接到达肺细胞而沉积、积累，并能进入血液循环。
表 沉 降 速 率 和 沉 降 时 间 随 粒 径 的 变 化 （ 干 沉 降 ）
粒 径 / m 1
2
4
6
8
1 0 1 5
v （ cm /s）0 .0 2 6 0 .1 0 0 .3 8 0 .8 8 1 .6 2 .7 6 .0
t（ 天 ） 2 2 2 5 8 1 5 6 .6 3 .6 2 .1 0 .9 6
• 一般情况下得到的气溶胶粒径谱 分布图都是单峰型（新鲜的，核 模为特征）或双峰型（老化的， 细粒子和粗粒子为特征）的。在 排放源附近的新鲜气溶胶粒子的 表面积分布和体积分布，有可能 看到三峰型，例如带催化装置的 汽车尾气中的硫酸气溶胶，但需 要用不同的仪器才能观测到 （EAA-电子气溶胶分析仪、光学 颗粒计数器Royco220和250等）。
H2S→ H2SO4、 SO42-； NOx→ NO3-
3.3.2.2 人为源
一 次 气 溶 胶a.燃 烧 源 燃 料 机 械 粉 碎 ， D p>2m 加 热 蒸 发 ， D p<2m 燃 料 不 完 全 燃 烧 黑 烟 ， 烟 炱 ， 含 小 碳 粒 、 复 杂 有 机 物 ， D p<2m
b. 工 业 排 放0.1~100m ， 石 灰 、 水 泥 、 肥 渣 、 颜 料
粗粒子：与土壤有关的元素，Si、Al、 Mg、Fe、Ti、Ca、Mn
细粒子：H2SO4、SO42-、NO3-、NH4+、 有机POM、强挥发性和中等挥发性金属、 非金属元素As、Pb、Zn、V、Cu、Br
积聚模：二次气溶胶成分
3.3.5 气溶胶的化学组成 3.3.5.1 元素组成
几种常见元素地区分布（g/m3）
• 飘尘（suspended particulate matters，SPM）：可在大气中长期漂浮 的悬浮物称为飘尘，又称为悬浮颗粒物。其粒径主要是小于10m 的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道造成危害，同时 可以在大气中长期漂浮，易被污染物带到很远的地方，使污染范围 扩大，还可以为化学反应提供反应床。因此，飘尘是最引人注目的 研究对象之一。
一次气溶胶
二次气溶胶
天然源
人为源
天然源
人为源
46.0
202.0
26.0
147.0
4.0
430.0
30.0
10.0
269.0
6.0
198.0
27.0
源
H2S→SO42SO2→SO42NOx→NO3NH3→NO3HC→POM
92.0
1099.0
204.0
1000.00 200.00
4.00 200.00
的粒子，相应于lgr的数分布可表示
为：
dN d lg r
C1r3
粒子直径在0.1m ~10m范围内，
用对数形式作图时得到其中间的一
段与幂指数分布吻合得很好，直线
方程为
lg d/( d N lD g p ) lC g 2 3 .0l6 D g p
• 对于表面积分布和体积分布来说， 幂函数的模式不适用。
3.3.4 粒 径 分 布 与 气 溶 胶 的 物 理 、 化 学 性 质 之 间 的 关 系 3.3.4.1 光学性质
dI be x I
• I：光强；x：光程；be：消光系数，由气体、气溶胶引起； • be = bs（光散射）+ ba（光吸收） • = bsp（粒子） + bsg（气体） + bap + bag
• （1）爱根核模
• 主要来源于燃烧过程产生的一次气溶胶粒子和通过化学反应均相 成核转换成的二次气溶胶粒子，又称为成核型。多在燃烧源附近 新产生的一次气溶胶和二次气溶胶的面积分布或体积分布图中发 现。粒径小、数量多、表面积（或体积）总量大，随着时间的推 移，易由小粒子的相互碰撞合并成为大粒子，当其进入积聚模时 称为“老化”。在老化了的气溶胶粒子中就不易找到核模粒子了。
• 根据气溶胶粒子的组成及来源随着粒径大小而明显不同的特点，也可将 气溶胶粒子分为细粒子（fine particle, Dp＜2.5m或Dp＜3.5m）和粗粒子 （coarse particle, Dp＞2.5m 或Dp＞3.5m）两大类。
– 细粒子主要来自人为源如燃烧过程的烟尘，也包括火山喷发和森林火灾产生 的颗粒物，重金属毒物和有机致癌物、二次污染物等都集中在细粒子中。
• 在Junge的工作基础上，Whitby及其同事根据粒子的来源、化学特 征和去除过程与粒径的关系进一步确立了气溶胶的多模结构。用质 量、表面积或体积分布表示时，典型城市气溶胶的重要特征显得更 加明显。图中各曲线下的面积分别与相应的粒子数、粒子表面积和 粒子体积成正比。这种方法使气溶胶粒子的多峰形模结构特征表现 得更加明显。
485
1200
400
500
500
Mg 1.0 2300 3000
城市与郊区气溶胶元素及含量（g/m3）
元素
Be
Mg
Al
Si
Ca
V
Cr
Pb
城区
0.14
1080
2910
9020
3630
10.5
19
郊区 0.023 1000 1700 4970 2810
2.0
3.4
城/郊
6.1
1.1
1.7
1.8
1.2
5.2
1404.00
3.3.3 气
溶
胶
的
粒
径
分
布
3.3.3.1 气溶胶的粒径
• 大气颗粒物的大小或称粒径是粒子的最重要的性质。它反映了粒 子来源的本质，并可影响光的散射性质和气候效应，许多重要的 性质如体积、质量和沉降速度都和粒子大小有关。
• 粒子的大小一般用诸如当量直径或有效直径来表示，最常用的就 是空气动力学直径（Dp）。Dp的定义是：与所研究粒子有相同终 端降落速率的、密度为1的球体直径。目前大气化学文献中所用的 粒径值，除特别说明外，都是空气动力学直径。
一次气溶胶粒子。这种粒子的化学成分与地表土的化学成分近似， 各地区的平均值变化不大。主要靠干沉降和雨水冲刷去除。
• 细粒子和粗粒子之间很少相互作用，可以认为是相互独立的。核 模与积聚模之间的凝聚作用超过核模之间的凝聚作用，粗模与粗 模之间的凝聚作用以及积聚模与粗模之间的凝聚作用均可忽略。
• 实验证明：气体分子一旦成核， 开始阶段生长速度较快，后来逐 渐变慢，甚至在几小时内仍属于 核模范围。由于核模与核模之间 的作用引起的体积增加并不明显， 粒子直径只增大2~3倍，最多也不 会超过积聚模的粒径大小范围。
3.3 气溶胶化学 3.3.1 定义与含义
• 总悬浮颗粒物（total suspended particulates，TSP）：用标准大容量 颗粒采样器（流量在1.1~1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物 的总质量，是分散在大气中的各种粒子的总称。
– 是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。其粒径大小，绝 大多数在100 m以下，其中多数在10m以下。
2 0 1 0 0 .5 8
Dp（m） 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100
表 气溶胶传输距离与粒径关系 水平（km） 8 800 8000 8000 800 8 v=8m/s
垂直（m） 20
2000 20000 20000 2000
20 v = 2m/s
3.3.4.3 化学组成
3.3.4.4 人体健康
• 视程：日光下水平方向上能区分黑色目标物与背景的最远距离
V ln0.02 be
• 对可见光 be = bs V=3.9/bs • 对城市大气 bsp>>bsg be = bsp
• ==== V 3 .9 bsp
光散射效率与粒径分布关系 图
3.3.4.2 去除和传输过程
降雨对粒径三模态分布影响图
• 3.3.3.2 粒径分布函数表示方法
• Junge于1963年首先提出数分布函数，是以“幂指数定律”来表示 的，表达式为dN Crb dr
• 其中 b为幂指数；r为粒子半径；C是常数。
上式表明粒子的数目（1cm3空气中的）随粒子半径的增加而急剧 减少。
后来Junge等人又发现，对r>0.1m
• 降尘（dustfall）是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒 物中一般直径大于30m的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉 降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为 评价大气污染程度的指标之一。
• 可吸入粒子（inhalable particles，IP）：国际标准化组织（ISO）建 议，将可吸入呼吸道的粒径范围内（Dp≤10m）的粒子称为可吸入 粒子。粒子附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积下来，直接影响人 的呼吸，危害人体健康。因此IP是最引人瞩目的一类粒子。
3.3.2 气溶胶的来源
3.3.2.1 天然源
一 次 气 溶 胶 二 次 气 溶 胶
a. 扬 尘风 蚀 尘 、 生 物 微 粒 ； Dp>2m， 与 土 壤 化 学 成 分 相 近 b. 海 盐Dp>2m， 主 要 是NaCl、 M gCl2、 SO42c. 火 山 尘Dp>2m， 与 土 壤 相 近 d. 山 林 火 灾 尘Dp<2m， 主 要 是 有 机 物 质 e. 宇 宙 尘Dp>2m， 主 要 是 金 属 微 粒 a. 植 物 排 放Dp<2m b. 与 自 然 界N、 S循 环 有 关 的 化 学 转 化