第五章 大气气溶胶.doc

第五章 大气气溶胶 引言 大气污染物按物理状态可分为两种形式：气体污染物和气 溶胶。 气溶胶能直接参与大气中云的形成和湿沉降雨、雪、冰和 雾等过程。 气溶胶粒子能够散射太阳光，使大气的能见度降低、减弱 了太阳的辐射，进而改变了环境温度和植物的生长速率。 由于气溶胶的粒径小特别是直径小于2um的粒子、表面积大，因此为大气中的化学反应提供了良好的反应床。 气溶胶中的某些化学成分对大气中许多化学反应都有催化 作用。 大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子。基本概念 气溶胶： 是指的液体或固体微粒均匀地分散在气体 中形成的相对稳定的悬浮体系； 粒子的动力学直径约0.002-100um。 人们赖以生存的环境大气，实际上就是由各 种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成 的一个庞大分散体系，也就是一个大个气溶 胶体系。 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、质量和沉降速度等都和粒 子大小有关。 对大气粒子，空气动力学直径Dp，其定义为：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。气溶胶分类（环境部门按粒径）气溶胶分类（大气科学按粒径）气溶胶的源和汇气溶胶粒子对人体的危害 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 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。 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 小浓度分布函数 粒子浓度随尺度分布的经验关系 Junge在分析粒子实测资料时发现，在相同的对数粒 子尺度间隔中粒子的体积浓度往往相同，即有： 粒子的三模态分布 用一个简单的函数来模拟实际观测资料的全尺度 的分布往往有很大的偏差； 观测表明，通常粒子分布在小尺度端有一峰值， 而在中间端还有2个拐点。因而用3个对数正态分 布函数相叠加来描述它更为合适。 即利用粒子的数浓度、表面积浓度和体积浓度分 布函数来分析全尺度粒子分布的特征及其所含的 更深层的内容。 组成个全 尺度分布谱 的粒子存在 有3个不同 的模态，它 们的来源、 形成过程、 物理化学性 质都有所不 同。 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。 表示的是在洛杉矶 某地，同一采样 点、不同时间的采 样的结果。由图可 见，由于气溶胶老 化使积聚模的体积 浓度有很大增长， 对粗粒子体积的影 响却很小。 大气气溶胶的化学组成 大气气溶胶因其不同的来源而组分各异，不仅在不同地 域其组分有很大差异，而且在同一地域的气溶胶组分也 随其粒子的尺度不同而不同不同模态有不同的来源。 元素组分：原子吸收光谱、等离子体发光光谱、质子激 发X光射线能谱、X射线荧光分析、中子活化等方法 可溶性组分：原子吸收光谱、离子色谱、等离子体发光 等 有机的组分：用有机溶剂处理样品 在大气气溶胶中所含的元素成分不下数十种。就卤族元素Cl Br，I而言，在 气溶胶中来自海盐的Cl主要存在于粗模粒子，而城市中粒子的Br主要在积聚 模和核模，来自地壳元素的Si，Al，Fe，Ca，Mg，Na，K，Ti主要存在于粗粒子，而Zn，Cd，Ni，Cu，Pb和S元素则大部分存在于细粒子中。 由于不同的污染源的主要元素各不相同，可以根据污染的组分与粒子组分资 料对比来判断粒子的源。例如土壤主要含有Si，AlFe，Ti等；海盐中含Na，Cl，K 汽车尾气中有Pb，Br和Ba；燃料油排放Ni，V，Pb和Na，焚烧垃圾可 排放