大气气溶胶复习资料

1、大气气溶胶课程教学大纲1绪论（2学时）（1）了解大气气溶胶的研究历史和研究方法。20世纪之前1841年，J.P.Espy,测云器，观测水汽形成1847年，H.Becquerel，提出凝结核，Coulier证实1875年，J.Aitken，粒子计数器1890年，C.T.RWilson，云室，研究均匀成核现象19世纪60年代，气溶胶光学实验；光的散射理论（Rayleigh，1871a）19世纪80年代，气溶胶采集器，微观观测20世纪前、中期20世纪初，物理学前沿（微观物质）布朗运动和布朗扩散Millikan电子电量测量1955年，前苏联，Fuchs，气溶胶力学气溶胶测量技术开始使用和普及20世纪后

2、期微电子、激光、计算机技术及现代化分析化学和分析电镜的发展，各种观测自动化二次大战后，特别是1970s和1980s，环境污染严重，迅速发展1982年成立美国气溶胶学会（AAAR）1990s后，将研究扩展到超细粒子（0.1pm）的性质和气溶胶对全球气候变化影响方面研究方法：观测研究;直接采样;遥感观测;实验室分析;数值模拟;理论研究（2）理解大气气溶胶研究意义。气候、环境、人体健康效应气溶胶的直接气候效应和间接气候效应（空气质量、能见度、酸沉降、云和降水、大气的辐射平衡（进而对全球气候变化）、平流层和对流层的化学反应）与其他环境问题，如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关对人体健康

3、的影响（次微米粒子可直接经呼吸道进入人体，其中含有重金属、有毒有机物、病菌。）（3）掌握大气气溶胶概念。气溶胶是指悬浮在气体中的固体和（或）液体微粒与气体载体共同组成的多相体系。大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。Aerosol=Particles=ParticulateMatter（PM）PMX:particleswithdiametersWXpm（PM2.5,PM10,PM2.5-10）重点：大气气溶胶基本概念和研究意义。难点：大气气溶胶定义。大气气溶胶基础知识（4学时）（1）了解常用的几类谱分布函数。Junge谱分布r3（dN）常数dInr每个对数半径间隔内

4、的气溶胶粒子总体积几乎为常数，气溶胶粒子数差不多随半径的三次方指数下降。分布修正的分布n（r）=araexp（-brr）在半径小的一边下降缓慢，半径大的一边按指数下降。对数正态分布：细化了小尺度端的分布，消除了粗粒子处的长尾巴对数二次曲线分布：对三个不同模态，每个模态都可以用一个对数二次曲线谱描述。（2）理解气溶胶粒子谱分布特征参量、三模态气溶胶数浓度分布特征。粒子谱分布特征参量：Numberfrequency:第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数ni之比Cumulativefrequency：粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比工niii二工f=1Numbe

5、rfrequencydensity粒数频率密度（频度）二F-Fabab二fFadFFbp=AF/Ad=f/Adiipiipip(d)=dF/dd=fdpa-dFdddddpbp=Jdpapdddp核模态10-3pm布朗运动，显著的碰撞和凝并来源：各种污染气体经过多相化学反应转化而成；由高温下热的过饱和蒸汽冷凝而成。特点1：数密度大，在城市污染大气中可占95%以上；特点2：最不稳定的粒子，是积聚模态粒子的源；特点3：有些可以是水汽的凝结核；爱根核粒子是影响大气电场的重要因素。积聚模态10-lpm最稳定，既不受布朗运动的影响，也不受重力沉降影响来源：主要由核模粒子经过碰并、凝聚、吸附等物理效应长大

6、而成,但它几乎不可能继续长大成为粗粒子。特点1：大气中存在的时间最长、最稳定，浓度易积累；特点2：输运距离最远、污染范围最大；特点3：能全部被吸入肺部，含有大量的有害元素；特点4：对可见光的消光系数最大，是影响大气能见度的主要因素。粗模态来源：大气相对湿度低于100%时，各种固体或液体物质的机械粉碎过程产生。女如机械粉碎过程、燃烧过程、交通运输、海浪和各种自然力产生的原生粒子构成。特点1：在湿气溶胶中包括云、雨、雾、雪、蒸汽和水雾等。特点2：质量浓度较大，数浓度相对少。（3）掌握大气气溶胶的尺度、分类和浓度的表示方法，利用气溶胶谱观测资料画图。动力学等效直径相同沉降特性空气体动力学直径da：在

7、低雷诺数的静止空气中与实际粒子具有相同沉降速度的单位密度球的直径Stokes直径ds,又称沉降直径：与da类似，只是将其中的“单位密度球”改为“同密度球”质量谱与数浓度谱之间可以进行转化假定气溶胶粒子是球形的,n(r)dr=m4兀r3p3n(r)dr重点：气溶胶分类、气溶胶粒子谱。难点：气溶胶三模态分布特征、粒子谱统计量计算。3大气气溶胶的来源与化学特征（4学时）（1）了解大气气溶胶的主要化学组成特征、全球气溶胶产生率。全球气溶胶产生率整个气溶胶全球产生率中，人为源（包括直接发射和气粒转化）约为全球产生率的15%-20%。而人为源中直接发射仅占人为源总量的20%-25%，意即人为源气溶胶质粒主

8、要来自气粒转化。自然源中直接发射与气粒转化近似相当，直接发射比率稍大一些。2）理解不同来源气溶胶尺度分布特征。土壤风蚀（三个条件：沙尘源，不稳定层结热力条件，大风动力条件），飓风，花粉，生物腐烂等核化过程：光化学反应，燃烧作用，凝结，等自然源/人为源（3）掌握大气气溶胶粒子的主要形成机制、几种常用的源解析方法。源模式（扩散模式）：使用源排放率的统计资料，依据大气扩散和输送的基本规律，研究气溶胶浓度的空间分布，从而估算源对所研究地区气溶胶的贡献；接收点模式（受体模式、接收模式）：与源模式恰好相反，是用在接收点处所获得的气溶胶特性，主要是化学成分浓度的资料，来反推有关源对接收点处的贡献。（才）质粒

9、Ef是富集因子C,是所研究的元素的浓度C,是参考元素的浓度田耒qj：巾jw兀入m矽収仕丁1r7L那口虽采钙反参考元素和参考物质的选择很关键：参考元素-般选择地壳物质中含量丰富、受人为污染彩响小的元素（AlTiFe）:参考物质-般选择全球平均地壳物质或当地土壤作为替代很难找到不受污染的参考元素和参考物质，富集因子实斤丄只能定性地表征研究元素对污染的相对贡献啟丰度=才G表示研究元素的浓度C。表示大气气溶胶总浓度重点：气溶胶主要形成机制、化学组成特征。难点：地表起尘、海盐气溶胶产生机制。4单个气溶胶粒子动力学（4学时）1）了解外力场单粒子运动。2）理解Brown运动和相关概念（扩散、迁移）。掌握平均

10、自由程、Stokes定律和重力沉降等概念。1/RT、丄()2nd2Mmm=-pv九=2(mkT)0.533兀1.5d2V2惯性力Pmd_PVd_R粘滞力一口丄=m=Re卩d2流动类型粒子雷诺数管道中的雷诺数层流（slokes流或粘性流）110004000F=3和dvStokes定律的约束条件：低雷诺数层流假设条件：介质不可压缩、粘性、均匀、无限大介质连续、无滑动层流：Re数小，即惯性力相对粘性力可忽略粒子要求刚性、球形、平表面粒子之间无相互作用弛豫时间：质粒调节其速度适应性的受力状况所需要的时间弛豫时间:在空气中作自然沉降的粒子，无论其初速度如何，都将达到一个稳定的沉降速度，弛豫时间就是表征粒

11、子打到这个稳定速度所经历的时间，表征粒子由非稳定到稳态的快慢。表示在静止介质中，粒子由初速度0加速到沉降末速度的2/3的时间。t-CcmV=Tg+（V-Tg）e-21一c03兀卩d重力沉降末速：v（r）=V（11/e）二67%V在空气静止时，TSTS只受重力而做自然沉降的粒子，当其重力与空气的粘滞阻力达到平衡时，在其重力方向上的运动速度是一个恒定的下落速度停止距离：粒子在静止空气中无外力作用（忽略重力作用）下，所移动的最大距离。即时粒子所走过的距X=vTs0离：VO为初速度，对小粒子，由于很小，故在它们停住之前仅移动很短的距离。Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断

12、撞击而产生的。由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。半径大于5m时，Brown运动消失。重点：Stokes阻力公式、重力沉降过程、Brown扩散。=kTC3押dp难点：弛豫时间、沉降末速、停止距离、Brown扩散概念。由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，使粒子从高浓度区间向低浓度区间迁移的现象称为布朗扩散。5气溶胶粒子群动力学（4学时）（1）了解外力场对粒子聚合的作用。布郎扩散，外力场迁移，范德瓦耳斯力，电力2）理解气溶胶粒子一般动力学方程。第5节粒子一般动力学方程L离散型聚合方程因蒸发引起弘的哀减率为：ekNk（t

13、）ek表示单体从含k个单体粒子的逃逸率Nk（l）表示含有k个单体（单个分子）的粒子的数浓度,离散型一般动力学方程Nk（t）变化的基本过程就是聚合和蒸发；Kq表示分别含有i和j个单体的粒子的收集核函数，个单体粒子的形成率为：红框内的方程表斥會散型聚合方程因聚合引起的哀我率为：艺将收集核函数Kij假设为常数K,再对k求和，离散型聚合方程就可以转化为聚合方程（7）气溶胶浓度n随时间变化的主要过程:加-*A示=一u-02.连续型聚合方程n（v,L）dv表示粒子在体积v到v+dv范围内每立方厘米的粒子数，n（v,I）（um3cni3）是密度函数将上面的聚合方程写成连续形式为:K(vT/.r)加十F&.切

14、+DAn(I)（水平和垂直输送、扩敵(I)（质粒新生1)（化学反应.凝结，蒸发）V)（聚合-n(V)（清除）(vr)（源一般动力学方程（GDE）（5.3）u表示空气的运动速度，D表示扩散系数，v表示沉降速率;方程5.3般不存在分析解，其数值解据数值计算过程中对粒子半径的分割方法不同，可分为分解法、变换法、区问分割法。(III)中粒子的化学原应，凝结、蒸发属于粒子数：浓度守恒过程，可表示为：(一左自务卜劉iion.Pkw”&引IflWIncieetdLWClAlbracM-ofclood(ccmfeaiM;L漏亡*Twcwnfli1掰即Figuref.TO.SWiemtfr才呼an?誕舸nous

15、rad血阳耐加臥辟騎辺朋闻廂肝dowf肃伽古f臨治miwr?豪sigiffcan/小用白內rm如jenjsMznodfTedJOw?Wjjwi凶日皿直皿販2QQD.Tfe劉怕dais佬鹽錨亦moseIpdrfide-tfwJlafjerdpwi側淫捏StrantfiiMf删出削iffifenck/Mfand1Tflecffitfwferratfafroait?陋i即Amjflorasantterrsstr?ratfurflrr.Treffletfw.nri?wratsMtfea儈曲皿曲咔Frwm&gncwawOa伽祐冰口.1?wuTertwtsrfran-IWW*3i昭航炉I蒔耐恥皿林PMW病

16、時诞Jllf取诃期曲血防阿轨碱廉脚而丽孑面面可而丽丽而丽药而何站隔rMftf卿5#啊laftrEarxMflrmocweMaefMsare占何伽t酣决迥fiMtfaos厶to?nucfetfCCHl.Hie徒磁ffraytastesreMseit崗“舐and1M百厝耐血倔出跑蜩商凶他m.Healiingdoudburrwifcktrmain械丸.嘏旳训IPCC200710大气气溶胶的测量和分析（12学时）（1）了解全球大气气溶胶遥感探测资料及相关产品。（2）理解气溶胶空气动力学和光学测量原理。（3）掌握气溶胶浓度、光学特性以及化学成分测量分析的常用方法重点：气溶胶浓度、光学特性测量技术。难点：气溶胶动力学和光学测量技术原理。1、章澄昌、周文贤编著，大气气溶胶教程，气象出版社；1995；2、图梅著，王明星、王庚辰等译，大气气溶胶，科学出