气溶胶分布及成核作用

.,气溶胶的分布及成核作用,刘培硕9203109019003,.,目录,气溶胶的粒径分布,大气气溶胶谱分布函数的经验描述,气溶胶粒子的三模态及其特性,气溶胶粒子的成核作用,.,气溶胶的定义,气溶胶：液体或固体微粒均匀的分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。固体或液体微粒：通常称为颗粒物或粒子，是指空气动力学直径为0.003-100um的液滴或固态粒子。,.,大气颗粒物的粒度分布,等效直径,光学等效直径,Diagram3,Diagram4,体积等效直径或几何直径,空气动力学等效直径,.,空气动力学直径（Dp）,式中：Dg几何直径p忽略了浮力效应的粒密度0参考密度（0=1g/cm3）K形状系数，当粒子为球状时，K=1.0,从上式可见，对于球状粒子，p对Dp是有影响的。当p较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大气粒子满足p10，因此Dp和Dg的差值因子必定小于3。,.,大气气溶胶谱分布函数的经验描述,对数正态分布,幂指数定律,修正的谱分布,.,对数正态分布,.,典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布,.,幂指数定律,德国科学家junge在总结了大量实验观测结果的基础上，于1963年首先提出以“幂指数定律”来表示数分布函数，其数学表达式为：,Junge分布简洁明了，但只适用于0.1-10um粒径范围内的数浓度谱分布，可以很好地拟合城市气溶胶数谱分布。,.,修正的谱分布,式中：A、b、B、c四个参数是正数,与幂指数定律数谱分布函数相比，谱分布很繁琐,Deirmendjian于1969年提出用修正的谱分布，近似描述环境大气气溶胶数谱分布：,.,气溶胶粒子的三模态及其特性,.,气溶胶粒子的三模态,积聚模,爱根核膜,粗离子膜,粒径小于0.05um的粒子,粒径在0.05-2um范围的粒子,粒径大于2um的粒子,.,三模态的主要形成和去除机制,来源：燃烧过程所产生的气溶胶粒子、二次粒子特点：易“老化”碰并：即在已有颗粒物上化学转化生成的冷气冷凝后生长,来源：爱根核膜的凝聚、蒸汽冷凝、凝聚、各种气体分子转化成的二次气溶胶去除方式：不易被干、湿沉降出去，主要通过扩散去除,来源：机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山灰和风砂等一次气溶胶粒子去除方式：干沉降和雨水冲刷,.,粗、细粒子之间的相互作用,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相对较小,.,各模态粒子之间的相互作用,由上表可以看出，核膜与积聚模之间的凝聚作用超过核膜之间的凝聚作用。粗膜与粗膜之间的凝聚作用以及积聚模与粗膜之间均可忽略,.,气溶胶粒子的成核作用,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,通过干沉降和湿沉降（雨除或冲刷）清除,成核过程=物理过程+化学过程,.,均相成核-由气体分子形成新核,均相成核：当某物种的蒸气在气体中达到一定过饱和度时，由单个蒸气分子凝结成为分子团的过程能量最低原理：气体分子若能形成新核，必须在成核后使体系能量降到最低，只有这样，新核才能稳定,.,胚芽初期形成的可能性,当e（H2O蒸汽压）0。根据热力学原理，在等温、等压条件下，GT0的过程为非自发过程。因此，利于r的增大，即不利于胚芽的自发形成。在这种情况下，即使由于分子碰撞形成了胚芽，仍然会由于蒸发（自发过程）而难以稳定存在。,未饱和状态,当ees时，那么GT可能大于零，也可能小于零。初始阶段，随r的增加GT有所增大。当r=r*时，GT达到最大GT*；当r继续增大时，GT反而减小。r*称为临界半径，这时胚芽称为临界胚芽,过饱和状态,.,s和RH与对r*的关系,从图中可以看出，半径为0.01um的小液滴要与环境达到不稳定的平衡，就需要相对湿度为112.5%或过饱和度为12.5%。而半径为1.0um的小液滴与环境达到不稳定平衡时，只要求100.12%的相对湿度或0.12%的过饱和度。这就是为什么在大、小液滴同时存在时，小液滴往往不易长大而易蒸发、消失，但大液滴却不断长大的原因。,S过饱和度RH相对湿度,.,气溶胶粒子的非均相成核,非均相成核：当有外来粒子作为核心时，蒸气分子凝结在该核心表面的过程,.,新粒子生成,成核理论,水-硫酸均相成核,水-硫酸-氨均相成核,低蒸汽压有机化合物均相成核,离子诱导成核,.,颗粒物的生成和增长过程,.,成核理论的原理及适用条件,三元成核理论,二元成核理论,粒子诱导成核,低温、高湿、大气中已存在的颗粒物比较少、硫酸蒸气浓度比较高,给出足够高的成核速率，可以合理的解释在海岸地区所观测到的高成核速率事件,大气离子参与成核，提高了成核速率，用于解释目前观测值和理论值之间的差别。成功的预测了飞机排放气溶胶的演变,.,新粒子发生