气溶胶的基本特征PPT课件

1、大气气溶胶的定义、基本特征大气气溶胶的定义、基本特征主要内容大气气溶胶的粒径，分类大气气溶胶的粒径，分类大气气溶胶大气气溶胶的表面性质及来源的表面性质及来源第1页/共28页 定义： 液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成相对稳定的悬浮体系。 液体或固体微粒（即颗粒物或粒子）是指空气动力学直径为0.002100m的液滴或固态粒子。形状：很复杂 液体颗粒物近似于球形，固体颗粒物多不规则，有片状、柱状、雪花状、针状等等。大气气溶胶的定义、基本特征第2页/共28页北京市典型烟尘集合体的TEM图像 （a.a.链状;b.;b.簇状) )第3页/共28页表面光滑的飞灰表面吸附超细颗粒的飞灰 矿物颗粒石英硫酸盐

2、第4页/共28页5 大气颗粒物的粒度分布及表面性质 粒度是指颗粒物粒子直径的大小。 城市大气中的典型情况是直径小于0.1m的颗粒居多数。 按体积或质量分布出现两个峰值，前一个峰约在0.5m处，后一个峰约在10m处，这两个峰是两种不同的气溶胶形成过程所造成的。 表面积分布曲线在0.25m处有一峰值。第5页/共28页粒径：1.光学等效直径光学等效直径：与直径为：与直径为Dp的球形粒子具有相同的光的球形粒子具有相同的光散色能力的不规则粒子，定义散色能力的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的光学等为所研究粒子的光学等效直径。粒子的光散射能力与光波波长有关，一般以效直径。粒子的光散射能力与光波波长有关，一

3、般以0.55微米绿光作为标准微米绿光作为标准2.体积等效直径或几何直径体积等效直径或几何直径：与直径：与直径Dp球形粒子具有相球形粒子具有相同体积的不规则粒子，定义同体积的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的体积等效为所研究粒子的体积等效直径。直径。3.空气动力学等效直径空气动力学等效直径：与直径：与直径Dp且密度为且密度为1g.cm-3的球的球形粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义形粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义Dp为为所研究粒子的等效空动力学直径。所研究粒子的等效空动力学直径。各种等效直径描绘的不是单个粒子的粒径，二是粒子群各种等效直径描绘的不是单个粒子的粒径，二是粒子群的

4、统计特征。的统计特征。第6页/共28页 按颗粒物成因分: : 分散性气溶胶分散性气溶胶：指固态或液态物质经粉碎、喷射形成微小粒子分散在大气中形成的气溶胶，如海浪分溅、农药喷洒等。 凝聚性气溶胶凝聚性气溶胶：由气体或蒸汽遇冷凝聚成液态或固态微粒而形成的气溶胶。气溶胶分类：第7页/共28页 按按颗粒物的物理颗粒物的物理( (凝聚凝聚) )状态分状态分: : 固态气溶胶：烟、尘 液态气溶胶：雾 固液混合态气溶胶：霾、烟雾 按粒径大小分：按粒径大小分： 环境部门环境部门 大气科学（云降水物理大气科学（云降水物理） 气溶胶分类：第8页/共28页气溶胶分类： 按粒径的按粒径的大小（环境部门）：大小（环境部

5、门）： 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物(TSP)：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收：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。集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。 Dp(粒径粒径)在在100 m以下，其中多数在以下，其中多数在10 m以下，以下，是分散在大气中的各种粒是分散在大气中的各种粒子的总称子的总称。 飘尘飘尘： Dp 10 m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。烟气、雾等。 降尘降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在TSP中直径大于中直径大于30 m的粒子由于自

6、身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物称为降尘。称为降尘。 可吸入粒子可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织际标准化组织(ISO)建议将其定为建议将其定为Dp10 m。记为：记为：PM10 细粒子细粒子：能：能悬浮悬浮在空气中，在空气中，空气动力学空气动力学直径直径 2.5 m的所有粒的所有粒子，子，记为：记为：PM2.5第9页/共28页中国环境空气质量标准中中国环境空气质量标准中PM10（ Dp10 m ）的相关标准）的相关标准取值时间浓度限值（mg/m3）一级标准二

7、级标准三级标准年均值0.040.100.15日均值0.050.150.25美国环保局1997年提出、2003年通过了PM2.5国家环境空气质量标准，规定PM2.5的年均浓度和日均浓度限值分别为15和65 g/m3。第10页/共28页地点观测时间质量浓度参考文献北京1999.7-2000.9夏季76He et al. (2001)北京1999.7-2000.9冬季176He et al. (2001)太原2005.12216.7Meng et al. (2007)南京2001149.0王荟等. (2003)上海2003.9-2005.194.64Wang et al. (2006)广州2002.

8、1-2 105.9Cao et al. (2005)青岛1997-200043.6Hu et al. (2002)厦门199340.0Gao et al. (1996)大连200267.5Takami et al. (2006)香港2002.1-254.5Cao et al. (2005)珠海2002.1-259.3Cao et al. (2005)不同地区PM2.5的平均质量浓度（g/m3） 第11页/共28页按大气科学分为 爱根核（爱根核模）： Dp 0.05m 大核（积聚模）： 0.05m Dp2m 粗粒子2m ;细粒子2m 第12页/共28页13大气颗粒物的粒度分布及表面性质 大气颗粒

9、物的粒度有三个模：即爱根核模、积聚模和粗粒模（Whitby 1978）。 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0.0050.05m，属于核模型，二次气溶胶粒子。 粒径在0.052m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以及化学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶粒子，属于积聚模型。 以上这两种颗粒物合称为细粒(小于2m)。 粒径大于2m的颗粒物属粗粒，由机械粉碎、液滴蒸发等过程形成的，属于粗粒模。主要是自然界及人类活动的一次污染物。 第13页/共28页14 大气颗粒物的粒度分布及表面性质 细颗粒主要化学组分为SO42、NH4+、NO3、Pb和含有烟炱和

10、凝聚有机物的碳，粗颗粒化学组分为Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。 城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模。二、微粒的表面性质 微粒三种最重要的表面性质:成核作用、粘合和吸着。 成核是指过饱和蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，雨滴的形成也涉及成核作用。 第14页/共28页15大气颗粒物的粒度分布及表面性质 粒子可以彼此互相紧紧的粘合或在固体表面上粘合。粘合或凝聚是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。 吸着是指分子为颗粒物吸着的现象。如果气体或蒸气溶解在微粒中，这种现象称为吸收。 若吸着在颗粒物表面上，则定义为吸附。涉及特殊的化学相互作用的吸着，定义为化学吸附作用

11、。 第15页/共28页气溶胶的表面性质第16页/共28页 相关概念p一次气溶胶：由排放源直接排放到大气中的颗粒物。p二次气溶胶：通过与气体组分的化学反应生成的颗粒物。p均质气溶胶：所有颗粒物的化学组成相同。p单谱气溶胶：所有的颗粒物粒径大小相同。p多谱气溶胶：多种粒径大小的颗粒物。第17页/共28页大气气溶胶的浓度表示方法数浓度：个/cm3表面积浓度：m2. cm-3体积浓度： m3. cm-3质量浓度： mg. m-3; g. m-3第18页/共28页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

12、林火灾等。人为源主要来自化石燃料燃烧、工农业生产活动等；人为排放气态污染物在一定条件下的气粒转化过程也是大气气溶胶的一个重要来源。第19页/共28页大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。（1）干沉降：）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后沉降。（2）湿沉降：）湿沉降： 雨除 ：气溶胶的颗粒物作为凝结核，成为云滴中心，通过凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T0 ）即雪，形成降雨/雪。 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。气溶胶的去除（汇）第20页/共28页重要性： 1.化学（干湿沉降，光化学烟雾，多相反应界面等） 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.健康效应第21页/共28页第22页/共28页对大气能见度的影响 第23页/共28页气候效应 气溶胶通过直接或间接方式影响大气辐射传输和地-气系统辐射收支平衡，对气候变化，云降水等影响巨大。 气溶胶对气候系统的影响分为直接辐射强迫和间接辐射强迫。直接辐射强迫是指颗粒物通