大气环境化学课件：大气气溶胶

1、大气气溶胶,1）大气气溶胶的尺度及其浓度分布 2）气溶胶粒子的化学组分及其来源的估计 3）大气气溶胶的生成过程 4）大气化学模式,1）大气气溶胶的尺度及其浓度分布,何谓气溶胶？ AEROSOL AERO SOL 一种胶体状态，以大气为介质，其中悬浮了固态和液态的粒子。 大气气溶胶指混合状态的总体也指粒子。,气溶胶气体中悬浮的微小的液体或固体粒子,燃煤发电厂排烟,金属溶解炉排烟,含硝酸盐的沙尘粒子。2002年3月丹后半岛采样。,花粉,北京采集到的煤烟粒子,大气气溶胶影响能见度 大气能见度是大气质量最直接指标之一,名古屋,汉城,北京,2013年12月的北京,为何要研究它？ 它是大气的重要组成部分

2、污染物 健康、能见度、设备 影响大气辐射过程 能见度、气候 影响云雨过程 CCN、IN、天气气候 大气化学循环 气粒转化、多相反应 在不同环境圈层间的物质迁移 黄土高原、海床沉积,大气气溶胶粒子尺度特征,大气气溶胶的浓度,数浓度、质量浓度：个/cm3，mg/m3，g/m3,表5.1 大气气溶胶浓度 地区 埃尘核 体积浓度 总体积浓度 个 /cm3 (D1m)g/cm3 g/cm3 背景值 海 洋 1001400 14 遥远大陆501000 0.52.5 210 大陆平均20005000 2.58 1040 受城市影响51031.5104 830 060 城市污染11054106 0150 10

3、0300,粒子浓度随尺度分布的经验关系,Junge 分布,对数正态分布,N(logr) r3 =const. N(logr) r3 dN/dlogr=cr-(+1),N(Dp)=1/Dpn(lnDp),气溶胶三模态示意图,2）气溶胶粒子的化学组成和来源分析,系统的大气气溶胶样品收集并作组分分析 这样的数据组中应包含 气溶胶的来源组分的信息 以及每一样品中各来源贡献 即求逆问题 多元统计分析,郑均华提供,大气气溶胶的化学组成,元 素 卤素 海洋：粗粒子Cl、 Br ，城市：细粒子Br 地壳 粗粒子 Si Al Fe Ca Mg Na K Ti Sc 细粒子 Zn Cd Ni Cu Pb S 海洋

4、 Na Cl K 土壤 Si Al Fe Ti （稀土） 煤灰 地壳元素，As Se 水泥石灰 Ca Al 汽车尾气 Pb Br Ba 燃料油 Ni V Pb Na 垃圾 Zn Sb Cd,可溶性无机盐 海洋 Na+ Cl- SO42- Ca2+ NH4+ 陆地 地壳金属元素的离子（Ca2+） NH4+ ， SO42- NO3- 有机物 烷烃、烯烃、芳香烃、多环芳烃（苯并芘）、二恶英 多环芳烃限制100ng/m3， 北京（1981，3）255 ng/m3 纽约 7.3 ng/m3,Jimenez et al. 2009,受体模式 Receptor model,1, 化学元素平衡 (CEB) C

5、ij = Pij aijSj 浓度 源强 系数 源j的贡献 2, 主因子分析(factor analysis) 主成分分析(principal component analysis),3）大气气溶胶生成过程,原生和次生,地面扬尘,起砂机制示意图,Desert dust particles,Dust storm over the Dead Sea,Dust in Sahara view from space,Desert dust in Tel Aviv,海水飞沫,海水飞沫生成气溶胶,示意图,气体到粒子的转化,1，由可凝气体产生粒子 （新相态形成是有条件的） 2，气体凝结在已有的粒子上,Gas

6、to Particle (GTP),超细,颗粒物细粒子污染,颗粒物粒径与成分,沉积在呼吸道中的粒子作为粒径函数,颗粒物健康效应,4）大气化学模式,Regional air-quality model(WRF-Chem),(1) Meteorology: On-line calculated from the WRF model (2) Chemistry RADM-2 chemistry with TUV for photolysis (40 species, 135 reactions) (3) Aerosols Black carbon, sulfate, organic carbon,

7、and nitrate (4) Other processes Advection, Convection, Boundary Layer Diffusion, Dry deposition Surface Emissions (Inventory from Mexico city) (5) Advantages: The fine temporal resolution of dynamics is consistent with the chemical calculation and easy to change resolution. The model is fully parallelized. The model is also easily portable to different regions.,CUACE/Haze-Fog 雾霾预报系统 CMA Unified Atmospheric Chemistry Environment,中国气象局环境气象模式CUACE,43,Feedback