气溶胶谱分布

1、大气气溶胶 atmospheric aerosols,1/atmos_aerosol 06/atmos_aerosol,第一章 绪论-(2),颗粒形状 气溶胶的含量 尺度谱分布 谱分布特征量 谱分布函数,思考题-1： 该选用哪种尺度？,颗粒形状,思考： 颗粒的形状对其物理性质、化学性质，如动力学性质、化学活性等有很大影响 如何表示粒子形状？,直径d,直径d、高度h,？,颗粒形状形状因子,1. 形状指数外形尺寸的无量纲组合表征形状 （1）球形度：颗粒接近球体的程度 wadell球形度:与颗粒等体积的球的表面积 与 颗粒的表面

2、积之比 w 1，球形：w 1,颗粒形状形状因子,1. 形状指数 （1）球形度 krumbein球形度： b 宽度；l 投影最大尺寸；h 厚度 k 1，球形和立方体：k 1,颗粒形状形状因子,1. 形状指数 （2）均齐度：以长方体为基准 （3）church形状因子,扁平度,延伸度,颗粒形状形状因子,1. 形状指数 对于旋转体 aspect ratio 或 axis ratio：,颗粒的形状形状因子,2. 形状系数 q表示颗粒的几何特征，如面积、体积等，则q与粒径d的关系可表示为： 其中，即为形状系数,颗粒的形状形状因子,2. 形状系数 （1）表面积形状系数 与的差异：表示颗粒形状对于球形的偏离

3、（2）体积形状系数,颗粒的形状形状因子,2. 形状系数 （3）比表面积形状系数 （4）卡门系数 即比表面积等效直径与体积等效直径之比 （5）动力学形状系数,颗粒的形状形状因子,2. 形状系数,颗粒的形状数学分析,1、fourier级数展开法 2、分形理论,气溶胶的含量,气溶胶含量,对大气气溶胶粒子不可能采用枚举法进行研究 数浓度（数密度） 单位体积中气溶胶粒子的个数 质量浓度 即气溶胶密度，少用，避免与颗粒密度混淆 表面积浓度 体积浓度,seinfeld, j. h., and s. n. pandis, 2006: atmospheric chemistry and physics: fro

4、m air pollution to climate change. 2nd ed. j. wiley, xxviii, 1203 pp.,气溶胶含量,约95的硬盘在空气中暴露10分钟以上会报废 约40的硬盘在千级操作台暴露15分钟以上会报废 将操作台放在千级超净间并形成局部百级环境，暴露时间在30分钟以内而导致的数据丢失比例可控制在1以内,气溶胶含量,hinds, w. c., 1999: aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. 2d ed. wiley, xx, 483

5、 pp.,气溶胶含量,质量浓度,习题,对于无过滤嘴香烟，吸烟者吸入的气溶胶体积为350 ml，其中烟粒质量共计20 mg，设烟粒直径均为0.4 m，烟粒密度为1 gcm3。 求： 1）吸入烟粒的个数； 2）吸入烟粒的总表面积； 3）吸入烟气的质量浓度； 4）将3的结果与环境空气质量标准进行对比。 （参考答案：6.01011；3000 cm2 ；57 gcm3 ；与50 g cm3相比为1.1106倍）,尺度谱分布,（尺度）谱分布,设r为大气气溶胶质粒的半径（或直径d），n(r)为气溶胶质粒的半径分布函数（个/cm3m），其值随半径不同而异，则n(r)r为半径介于r与r+r间的气溶胶质粒数密度（

6、个/cm3）。 如果将纵坐标用n(r)表示，横坐标以r表示，则当已测得不同半径范围的气溶胶质粒数密度n(r)r后，可将它除以半径区间r，而得不同半径处的n(r)值。然后可将各r，n(r)值点在图上，形成一条曲线，以表示气溶胶质粒的尺度谱，该曲线便是所说的大气气溶胶的数密度谱分布曲线。 相应有表面积、体积和质量的谱分布,（尺度）谱分布,设r1：1-3 m ，n1=100个/cm3 ；r1=2 m r2：3-7 m ，n2=160个/cm3；r2=5 m 则频率分布函数： n(r1)=50个/cm3m n(r2)=40个/cm3m,（尺度）谱分布,例题：该样本中10 m的粒子数是多少？,大气气溶胶

7、尺度和浓度范围达几个至十几个数量级 尺度小的粒子数特别大 常采用对数坐标 lnr lnr + dlnr范围内的粒子数为n(lnr)dlnr 同一范围内粒子数一定： n(lnr)dlnr n(r)dr n(lnr)rn(r) 推广至任意两种尺度坐标下的分布函数： n(u)du n(v)dv,（尺度）谱分布,（尺度）谱分布,（尺度）谱分布,谱分布特征量,谱分布特征量,谱宽 最大粒子与最小粒子的半径（或直径）差。限于观测仪器对小滴的分辨率，最小粒子不易测得，故常取最大尺度作为谱宽。 谱型 谱分布曲线的的形态：如单调上升、单调下降，单峰、多峰等,使用粒子分布的一、二个特性来简单概括粒子谱分布特性往往是

8、方便的 两个最常用的特性：平均和方差 平均特性即可以是粒子半径的平均，也可以是表面积或体积等的平均，分别得到平均半径、平均表面积和平均体积等特征量,谱分布特征量,假设有m组粒子组成的离散分布，其中半径为ri，数密度为ni，i=1，2，.，m。则粒子总数密度： 粒子群算术平均半径：,谱分布特征量,离散型的粒子群平均半径可表示为连续分布平均半径 平均表面积和平均体积：,谱分布特征量,其它一些常用的平均值： a) 众数半径 表示数分布的局地最大值 b） 中值半径 表示小于它的粒子数与大于它的粒子数相等 c） 体积平均半径,谱分布特征量,谱分布特征量,云滴有效半径,谱分布特征量,谱分布特征量,reis

9、t, p. c., 1993: aerosol science and technology. 2nd ed. mcgraw-hill, xvi, 379 pp.,谱分布特征量,谱分布特征量,方差2是一种在平均半径 周围对谱分布展布的量度 2=0：分布中的每个粒子都有相同半径，即单分散系 2增加：谱分布在横坐标方向扩展，即多分散系 离散度,谱分布特征量,偏度（skewness） 偏向小于或大于平均半径的程度,谱分布特征量,峰度（kurtosis） 谱峰向上突出的程度,谱分布特征量,谱分布函数,较常使用的谱分布形式主要有：junge幂函数分布、deirmedjian修正函数分布、对数正态分布等。

10、 junge幂函数分布： 在大气中的质粒，从十分之几微米到几十微米尺度之间的等间隔对数半径区间内，质粒的总累积体积为一常数,谱分布函数,urban polluted,continental,marine,谱分布函数,谱分布函数,?,修正函数分布 实测资料平均：当尺度取线性坐标时，谱形大多具有峰值，且在半径小的一边下降较快，在大尺度端下降较缓慢，具有一条长尾巴 总数密度：,谱分布函数,尺度分布函数要求（whitby, 1974） 应对大气气溶胶整个尺度范围内的分布均能拟合 对于数、表面积、体积或质量分布的拟合应具有较好的一致性，即要求分布函数形式与权重因子无关 拟合函数应具有一定的物理基础,谱分布函数,对数正态分布函数,谱分布函数,按高斯分布，容易给出对数正态分布函数n(r)为 描述对数正态分布的两个参量 和 分别为几何平均半径和几何标准差,谱分布函数,谱分布函数,习题,已知气溶胶样品测量数据如下（采样体积1cm3）： 1、求：谱宽、数浓度、平均半径、平均表面积、