大气环境化学(5气溶胶化学)
大气科学中的大气化学和气溶胶物理
大气科学中的大气化学和气溶胶物理大气科学是研究地球大气现象的学科，主要包括大气物理、大气化学、大气动力学和气象学等领域。
其中，大气化学和气溶胶物理是大气科学中非常重要的研究领域，它们对于理解大气污染、气候变化和生态环境等方面都具有巨大的意义。
大气化学是研究大气中化学反应和物质输运的学科，它主要研究大气组成、化学反应、污染物的形成和转化、大气环境中的化学平衡等问题。
大气化学的研究内容非常广泛，在大气环境中，大气化学过程既有自然形成的化学反应和物质输运，也有人为污染物的排放和大气中的化学反应。
大气化学的研究成果对于解决大气污染问题和改善大气环境意义重大。
气溶胶物理是研究大气中气溶胶物理化学性质和对气候变化的影响的学科，主要涉及气溶胶的来源、物理化学性质、组成结构和光学特性等。
气溶胶是指悬浮在大气中的液体或固体微小颗粒，对于大气的辐射平衡、空气污染、气候变化和人类健康都具有重要影响。
在大气科学中，大气化学和气溶胶物理研究的实验方法和分析技术都非常复杂和细致。
通常需要采集和分析大量的大气样品，包括气体和气溶胶等，同时需要借助高级仪器和设备如质谱仪、光谱仪、拉曼仪等进行分析。
大气化学和气溶胶物理研究非常跨学科，需要多个学科的专业知识和技能，如化学、物理、材料科学、环境科学等。
大气化学和气溶胶物理的研究对于我们了解大气环境的复杂性和多样性非常有帮助。
通过揭示大气化学反应和气溶胶的物理化学特性，我们可以更好地了解大气污染的成因和特点，有利于制定和实施更加有效的大气污染防治和治理措施。
同时，气溶胶对于大气的辐射平衡和气候变化有重要影响，通过研究气溶胶物理，可以更好地了解气候变化规律和趋势，有助于我们制定更加准确的气候预测和气候变化应对策略。
总之，大气科学中的大气化学和气溶胶物理是非常重要的学科，它们对于我们了解和改善大气环境，探究气候变化规律，保护生态环境等方面都具有巨大的意义。
相信在未来的研究中，大气化学和气溶胶物理领域的研究会越来越深入，为人类的生存和发展做出更大的贡献。
002.6大气环境化学 -气溶胶化学.大气颗粒物
空气动力学等效直径（Dp） 在气流中，如果所研究的颗粒物（任意密度
和形状）与一个单位密度的球形颗粒物的空气 动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就 定义为所研究颗粒物的Dp。
Dp DgK p o
Dp表示所研究的粒子有相同终端降落 速度的密度为1的球体。
气溶胶粒子的成核是通过物理和化学过程形成的。 气体经过化学反应，向粒子转化过 程从动力学角度 上分为四个阶段
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(重力沉降或与地面碰撞后沉降)和湿沉
降(雨除和冲刷)过程而清除
nm
PM2.5 PM10 100 m m 1 m m 10 m m
Whitby的三模态模型
<0.05μm, 爱根核模(aitken) 0.05μm≤Dp≤2μm, 积聚模(accumulation mode) >2μm，粗粒子模(coarse particle mode)
热蒸汽 冷凝
风沙
0.5~2.5
天 森林火灾
然 海盐粒子
来 火山灰
源
H2S、NH3、NOx、HC 转化
0.01~0.5 3.0
0.25~1.5 3.45~11.0
小计
7.21~18.5
沙石（农业活动）
人 露天燃烧
为
直接排放 来
源
SO2、NOx、HC 转化
小计
总计
0.5~2.5 0.02~1.0 0.1~0.9 1.75~3.35 2.37~7.55 9.58~26.05
可吸入粒子(inhalable particles或IP)，易于通过 呼吸过程而进入呼吸道的粒子, 国际标准化组织 (ISO)建议将IP定为粒径DP≤10 μm的粒子
大气环境化学
陆地气溶胶粒子中的平均含量为15%~25%，而海洋性气溶胶粒子中的量可达 30%~60%。
气溶胶化学组分
（2）硝酸和硝酸盐气溶胶 大气中的NO和NO2被氧化形成 NO2和N2O5等，进而和水蒸气形成HNO2和HNO3， 由于它们 比硫酸容易挥发，所以在通常情况下，在相对湿度不太大时， HNO3多以气态形式存在，很难形成凝聚状。故硝酸一般以NH4NO3颗粒或NO2被 某些颗粒物吸附的形式存在。 硝酸盐气溶胶的形成机制尚不很清楚，大致有以下三类气相反应：(1) 生成重要的NOx（如NO2、NO3、N2O5等）；(2) 形成挥发性硝酸和亚硝酸；(3) 形成气态硝酸盐。
与排放源颗粒物元素成分呈线性组合。设通过采样分析测得的空
气中元素 i 的浓度为 di (μg/m3) ，又知某排放源ｋ所排放颗粒物中 元素ｉ的含量为xik(μg /mg)，则ｋ源在该空气中的占有量 gk(mg/m3)
应满足式 (1 )
气溶胶粒子中微量元素的来源是多种的，
Pb、Br主要来自汽油的燃烧释放；
Na、Cl和K等主要来自海盐溅沫； Si、Al和Fe主要来自土壤飞尘； Fe、Mn和Cu主要来自钢铁工业； Zn、Sb和Cd等主要来自垃圾焚烧； Ni、V、As等则主要来自石油、煤和焦炭的燃烧。根据上述特征，可 以从这些元素在某地区大气气溶胶中的分布情况来判别污染源的类型和 分布。
大气环境化学
一、气溶胶
什么是气溶胶？
• 定义：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 • 微粒(particles)的动力学直径约0.002～100μm，下限为目前可测出的最小尺 度，上限相应于在空气不能长时间悬浮而较快降落的尺度。 • 粒径 气溶胶的粒径一般用有效直径表示，即空气动力学直径。 Dg为几何直径 ρp为忽略了浮力效应的粒子密度 ρ0为参考密度=1 K为形状系数
大气气溶胶PPT课件
气溶胶分类（大气科学按粒径）
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气溶胶的源和汇
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气溶胶粒子对人体的危害
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大气气溶胶的浓度
粒子浓度是表征大气气溶胶特性的一个重要的物理量 数浓度、质量浓度、化学成分的质量浓度、面积浓度和体
积浓度 数浓度指单位体积空气中悬浮的粒子数，通常用个/cm3为
单位。质量浓度指单位体积空气中悬浮粒子的质量，用 mg/m3或ug/m3为单位 气溶胶粒子的浓度变化范围很大，受地理、气象和地域经 济结构不同的影响有很大差异。通常认为气溶胶本底的质 量浓度约为10ug/m3，数密度约为300个/cm3
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大气气溶胶的浓度
气溶胶浓度有明显的季节变化和日变化。 春季高于夏季，采暖季高于非采暖季。 日变化与近地面有大气逆温层的生消有关。
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大气气溶胶浓度随粒径的分布
大气气溶胶的浓度是 随其粒径不同而变化 的，就数浓度而言， 通常随尺度增加而减 小
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浓度分布函数
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粒子浓度随尺度分布的经验关系
次生气溶胶是指由微量气体通过成核与凝结转化为粒子。
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气溶胶粒子的成核作用
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气溶胶粒子的均相成核
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气溶胶粒子的非均相成核
当有外来粒子作为核心时，蒸汽分子凝结在该核心表面的 过程称为非均相成核
水溶性物质存在，或有现成的亲水性粒子存在时，常比纯 水更加容易成核、形成胚芽
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大气环境化学
④大气在以太阳为能源的庞大的蒸馏室中起冷凝器的作 用，形成降雨，从而把水从海洋输送到陆地，为陆地生
物提供了必要的生活条件。
⑤大气还吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的大
部分电磁辐射，滤掉了波长小于290纳米的紫外辐射，使
地球上的生物免受其伤害。
二、大气组分的停留时间
某组分在贮库中的总输入速度(FX)和总输出速度(Rx)是相等的， 若假设x组分的贮量为Mx，则可由下式确定组分x在大气中的停留时 间τ ： τ = Mx/Rx = Mx/ FX
主要来源 火山喷发 森林火灾
天
然 源
它和人为源相比产 生的污染物较少， 浓度较低，具有局 部地区某段时间内 可能形成严重影响 的特点。
自然尘
森林植物释放
海浪飞沫
移 动 源 人 为 源 静 止 源
汽车和火车、飞机 等,分布广泛分散, 难于监测和治理。
交通运输过程：现 代化交通运输工具
静止源则包括工厂 、 燃料燃烧 焚化炉等不移动的 污染源。静止源污 染面积广，易于集 工业生产过程 中监测治理。 农业活动排放：农 药、化肥
电离层能反射无线电 波，对无线电通讯有 重要作用
上冷下热 高空对流
气温初稳后升热 只因层中臭氧多 水平流动天气好 高空飞行很适合 对流旺盛近地面， 纬度不同厚度变； 高度增来温度减， 只因热源是地面； 天气复杂且多变， 风云雨雪较常见。
对流层(troposphere)
范围：大气的底层，平均为0~12km。 厚度： 随纬度变化：赤道附近为16~18km，在中 纬度地区为10~12km，两极附近为8~9km。 随季节变化夏季较厚，冬季较薄。
第二章 掌握：
大气环境化学
大气污染物发生的迁移过程；
大气环境化学概述
大气环境化学概述一、引言大气环境化学是研究大气环境中各种化学成分与过程的相互作用和影响的一个重要学科，其研究对象包括大气中的气态和颗粒态污染物、大气化学反应过程、大气光化学和大气中的气溶胶等。
大气环境化学的研究对于理解和减少大气污染、改善空气质量、保护人类健康和生态环境具有重要意义。
二、大气环境化学的研究内容1.大气中的主要污染物：大气中的主要污染物包括臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机化合物（VOCs）等。
2.大气中的化学反应过程：大气中的化学反应过程是大气环境化学的核心内容，包括氧化反应、光解反应、光化学反应等。
3.大气中的气溶胶：气溶胶是大气中的微粒，对大气光学特性、云和降水形成、空气污染等方面具有重要影响。
4.大气污染物来源与传输：大气污染物的来源包括自然来源和人为来源，而传输过程则直接影响大气污染的空间分布和浓度水平。
三、大气环境化学的研究方法1.实地观测：通过建立大气污染源监测站和气象站，实时监测和记录大气中的污染物浓度、气象参数等数据。
2.模型模拟：利用数学模型对大气中的化学反应过程和污染物传输进行模拟和预测，为空气质量预报提供科学依据。
3.实验室研究：通过实验室模拟大气环境中的化学反应过程，探究不同污染物之间的相互作用和影响。
4.多学科交叉研究：大气环境化学是一个跨学科领域，需要与大气物理学、气象学、环境科学等学科相互交叉，并结合相关技术手段开展研究。
四、大气环境化学研究的应用与前景1.空气质量管理与控制：大气环境化学研究为改善空气质量提供科学依据，指导制定大气污染防治政策和措施。
2.气候变化研究：大气中的气溶胶和温室气体等化学成分对气候变化起着重要作用，大气环境化学研究对于气候变化机制的解析具有重要意义。
3.健康保护与风险评估：大气污染物对人类健康和生态环境产生危害，大气环境化学研究可以帮助评估大气污染对人体健康和生态系统的影响，保护人类健康。
五、结语大气环境化学作为一门交叉学科，已经成为应对大气污染和气候变化等环境问题的重要研究领域。
大气气溶胶PPT课件
来源； 另一方面，随着工业的不断发展，人类各种活动越来
越占主导地位，以至在气溶胶粒子中人为源所占比例逐年 增加。
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二．汇
1．干沉降：
颗粒物在重力作用下或与地面及其它物体碰撞后，
发生沉降而被除去。粒径越大，沉降速度越快（v∝d 2） 沉降速度为v的粒子，从该粒子密度最大的高
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二．粒径
大气颗粒物的大小或称粒径是粒子的最重要的性质， 一般用半径或直径表示，这就意味着将它们看成球体。大 气气溶胶的粒子形状是很复杂的，有接近球形的液体微粒， 有片状、柱状、针状晶体微粒，有雪花状晶体微粒，还有 形状及不规则固体微粒。
空气动力学等效直径
若不规则气溶胶粒子沉降速率与密度=1的球形粒 子沉降速率相同，则这个球形粒子的直径就被定义为所 研究粒子的空气动力学等效直径。
胶体分散法
胶体溶液 气溶胶 （空气介质）
分子分散系 凝聚法
真溶液
分子形式存在
4
大气气溶胶的作用
❖ 当太阳光通过大气时，气溶胶粒子能够散射 太阳光，使大气能见度降低，减弱了太阳的辐 射。 ❖ 由于气溶胶粒径特别小，表面积大，因此为 大气中的许多化学反应提供了良好的反应床； ❖ 某些化学成分（如微量金属离子）对许多化 学反应都有催化作用。
② 液态气溶胶——雾 由液滴分散在空气中形成的液态气溶胶，称为雾。
③固液混合态气溶胶——烟雾
由固液两种微粒分散在空气中形成的固液混合态气溶胶叫
烟雾。
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四．气溶胶的浓度
质量浓度(mg/m3 ), 数浓度（个/cm3）。
通常认为气溶胶本底的质量浓度约为 10 ug/m3 ，数浓度约为300个/cm3；
气溶胶化学
3）气溶胶的粒径分布
气溶胶粒子的成核是通过物理和化学过程形成 的。气体经过化学反应，向粒子转化的过 程 从动力学角度上可以分为以下四个阶段： (1)均相成核或非均相成核，形成细粒子分 散在空气中。 (2)在细粒子表面，经过多相气体反应，使 粒子长大。 (3)由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大。 (4)通过干沉降(重力沉降或与地面碰撞后 沉降)和湿沉降(雨除和冲刷)清除。
气溶胶按粒径大小又可分为： (1)总悬浮颗粒物 (2)飘尘 (3)降尘 (4)可吸入粒子
2）气溶胶的源与汇
气溶胶粒子可分为一次气溶胶 粒子和二次气溶胶粒子。
一次气溶胶： 二次气溶胶粒子：
2）气溶胶的源与汇
气溶胶的排放量很大(见表 2-14)。
表2-14 气溶胶全球排放量 及来源分配（Dp<20μm）
第二章：大气环境化学
Chapter 2 Atmospheric Environmental Chemistry
第十一节
气溶胶化学
本节要点：气溶胶的定义、分类、源、 汇、粒径分布、气溶胶粒子的化学组 成、气溶胶的危害、气溶胶污染源的 推断等。
1）气溶胶的定义和分类
气溶胶(aerosol)：是指液体或固体微粒 均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬 浮体系。 分散性气溶胶：是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。 凝聚性气溶胶：则是由气体或蒸汽(其中 包括固态物升华而成的蒸汽)遇冷凝聚成 液态或固态微粒，而形成的气溶胶。
4）气溶胶粒子的化学组成－气溶胶粒子中的有机物
气溶胶粒子中的有机物 （particulates organic martter， POM）：其粒径一般在 0～10μm之间，其中大部分是 2μm以下的细粒子。
大气环境化学
Ⅱ 大气化学反应
2 1 0 -1
Absorption spectrum of O3
lgε
-2
300
400
500
600
700
图2-2. O3吸收光谱 (R. A. Bailey, 1978)
λ(nm)
Ⅱ 大气化学反应
80 60
ε
(mPa-1· cm-1)
40 20
350
λ(nm)
400
450
吸收光谱(R. A. Bailey, 1978) 图2-3. NO2吸收光谱
Ⅱ 大气化学反应
五、 卤代烃的光的解
CH3X + hv → CH3 + X
规律: 规律:
最弱的C-X键先断裂； 键先断裂； 最弱的 键先断裂 高能量的光照射，可能发生两个键断裂； 高能量的光照射，可能发生两个键断裂； 三个键同时断裂不常见； 三个键同时断裂不常见；
Ⅱ 大气化学反应
六、硝酸和亚硝酸的光解的
烟(烟气，Fume) 烟气，
颗粒直径： 颗粒直径：0.01 ~ 1 µm； ； 物态：固体； 物态：固体； 生成机制、现象：由升华、蒸馏、 生成机制、现象：由升华、蒸馏、熔融及化学反应等产 生的蒸气凝结而成的固体颗粒。如熔融金属、 生的蒸气凝结而成的固体颗粒。如熔融金属、凝结的 金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。 金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。
Ⅰ概 述 三、大气的基本性质
1、多组分气溶胶体系； 、多组分气溶胶体系； 2、大气处于氧化状态； 、大气处于氧化状态； 3、 随海拨高度 、 季节 、 纬度 、 时间等的 、 随海拨高度、 季节、 纬度、 变化，大气性质改变。 变化，大气性质改变。 4、大气成分参与生物介质循环 、 5、 大气经光化学反应电离成带电离子 ， 、 大气经光化学反应电离成带电离子， 利于无线电波的传输。 利于无线电波的传输。
大气环境化学
大气环境化学绪论1.大气环境化学主要研究大气中对环境有影响的重要组分在大气中的来源、存在形式，迁移过程中的化学转化，归宿以及对大气质量的影响等。
2.大气环境化学的研究方法主要有：现场试验研究，实验室研究和模式计算。
3.一个大气即所有的污染问题都发生在同一个大气下，各种问题通过自由基化学或关键物种的化学过程而彼此相关联，应采取综合性的方法对各种相关的污染问题进行整体考虑，以避免在解决一个问题的同时又产生了新的问题。
第一章1.大气由还原性气氛向氧化性气氛转化。
2.大气分为对流层，平流层，中层，热层和外层。
3.对流层厚度随纬度季节不同而变化。
对流层集中了大气质量的3/4,90%以上的水汽集中在对流层中，大气中主要的天气现象都形成在此层内。
4.自对流层顶向上到55km左右的气层成为平流层。
平流层特点：1.空气没有垂直对流运动，平流运动占据显著优势；2.空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；3.在高约15~35km的范围内，有厚约20km的臭氧层，因为臭氧吸收太阳辐射的紫外线，使得平流层温度升高。
5.大气组分按其停留时间长短可分为准永久性气体，可变化组分和强可变组分。
6.大气组分的浓度表示方法：1）混合比浓度：这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中的低浓度物质是适用的。
公式：p29 2）这种浓度表示方法用于比ppt还要低的浓度水平，如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。
公式p29 3）质量浓度表示法：p307.自由基在其电子壳层的外层有一股不成对电子，它们对于增加第二个电子有很强的亲和力，因此能起强氧化剂的作用。
大气环境质量标准。
（2月份公布的新标准）第二章1.污染物来源：人为源有燃料燃烧，工业排放，固体废弃物的焚烧，农业活动排放，生物质。
天然源有自然尘，森林、草原火灾，火山活动，森林排放，海浪飞沫，海洋浮游植物、海洋表层。
2．大污染物的汇机制。
1）干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面相碰撞而被捕获的过程；2）湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程；3）化学反应去除：污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失；4）向平流层输送。
大气环境化学
03
全球合作
面对全球性的大气环境问题，各国间的合作将更加紧密，共同开展跨国
的大气环境化学研究项目，推动全球环境保护事业的发展。
大气环境化学在环境保护中的作用和价值
揭示污染源
通过研究大气环境化学过程，可以深入了解污染物的来源 和传输路径，为制定有效的污染控制措施提供科学依据。
预测环境变化
大气环境化学研究有助于预测未来环境变化趋势，为应对 气候变化、保护生态系统和人类健康提供决策支持。
02 大气环境化学基础知识
大气组成与结构
描述大气的组成和结构
大气主要由氮气（约78%）、氧气（约21%）、氩气（约1%）等组成，还有少量其 他气体，如二氧化碳、甲烷、臭氧等。
大气分为对流层、平流层、中间层、热层和外层，各层温度和高度不同，对流层是 地球表面最主要的保护层，也是人类生活的主要环境。
大气环境化学
目录
• 引言 • 大气环境化学基础知识 • 大气环境化学过程 • 大气环境化学的影响 • 大气环境化学的防治措施 • 未来展望
01 引言
大气环境的重要性
人类生存的基础
01
大气环境是人类生存的基础，提供呼吸所需的氧气，调节气候，
保护生物多样性。
维持生态平衡
02
大气环境中的化学物质循环和转化维持着地球生态平衡，对生
02
大气中的化学反应主要受温度、湿度、光照和大气组成等因素影响。
03
化学反应可以是大气污染物之间的反应，也可以是大气污染物与大气 成分之间的反应，如光化学反应、氧化反应等。
04
这些反应可以导致大气污染物的转化、分解或合成，从而影响大气的 质量和人类健康。
03 大气环境化学过程
大气中污染物的转化
大气环境化学课件：大气气溶胶
数值同化
环境数值预报模式 现状 CUACE
Gas Phase Chemistry
Aerosol Module
ISORROPIA
Aerosol Equilibrium
R••3(CpNJ62p(DALhaxa6h1o)D-la-VarcSPHMessa12uphneer22(lcoexaiOcss,Mct1tohtixtee9ebcaoei)8snshcTmtmB，6heeotiam1ich)rn(5o：naxgiiemcilfSasarxcmNiObnezl)oaerAiHcecm(；tHa4thai(cope-xetSn)ioforsOosyon；loli4sos)tT，w-oiOoNiln11n(Oig4Hn1a(3fxun)-gnCdacylsot-)io n
细
粗
超细
硫酸盐 硝酸盐 氨 碳黑 重金属 有机物
土壤 尘 硅 盐 花粉 轮胎橡胶
0.1 um
1 um 2.5 um
颗粒物粒径与成分
10 um
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
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
个 /cm3
(D<1μm)μg/cm3
背景值
海洋
100~1400
1~4
遥远大陆 50~1000
第05讲 气溶胶-温室气体-臭氧层
(1) 二氧化碳
CO2是大气中丰度仅次于氧、氮和惰性气体 的物质，由于它对地球红外辐射的吸收作 用，一直是全球气候变化研究的焦点。
CO2浓度显著上升变化是工业革命以后大气 组成变化的一个十分突出的特征，其根本 原因在于人类生产和生活过程中矿石燃料 的大量使用。
人类对森林树木无节制的滥砍滥伐，导致 全球森林覆盖率的下降，植被的减少，尤 其是热带雨林的衰退，全球总的光合作用 的减小，从而增加了CO2在大气中的积累。29
第二章 大气环境化学
第一节 大气中污染物的迁移 第二节 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础 二、大气中重要自由基的来源 三、氮氧化物的转化 四、碳氢化合物的转化 五、光化学烟雾 六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染 七、酸性降水 八、大气颗粒物(气溶胶) 九、温室气体和温室效应 十、臭氧层的形成与耗损
Dp Dg K
p 0
Dg—几何直径
ρp—粒子密度
ρ0—参考密度(1g/cm3)K—Leabharlann 状系数(球形粒子K=1)5
大气颗粒物按其粒径大小分类
①总悬浮颗粒物 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。用TSP 表示。其粒径多在100μm以下，尤以10 μm以下 的为最多。 ②飘尘 可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘。其粒径 主要是小于10μm的颗粒物。 ③降尘 ④可吸人粒子
表：不同粒径颗粒物的沉降速度
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(2)湿沉降
指通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过 程。湿沉降的两种机制： ①雨除
一些颗粒物做为形成云的凝结核，通过凝结过程和碰 撞过程使其增大为雨滴，降落到地面。
对半径小于1μm的颗粒物的去除效率较高。
②冲刷
环境化学在大气气溶胶研究中的应用与发展
环境化学在大气气溶胶研究中的应用与发展在当今世界面临日益严重的大气污染问题的同时，环境化学作为一门交叉学科，对于研究和解决大气气溶胶问题起着举足轻重的作用。
本文将介绍环境化学在大气气溶胶研究中的应用与发展，并探讨其对于改善空气质量和环境保护方面的重要性。
一、大气气溶胶的定义与组成大气气溶胶是指空气中悬浮的微小颗粒物质，由于其微小的粒径和轻质的特性，使其能够在大气中长时间悬浮，并对人类健康和环境产生严重影响。
大气气溶胶的组成非常复杂，包括了颗粒物、液态和固态颗粒，以及来自自然和人为源的各种有机和无机物质。
二、环境化学在大气气溶胶研究中的应用1. 气溶胶成分分析环境化学通过仪器分析和化学计量方法，对大气气溶胶的成分进行了详细研究。
包括了颗粒物的物理和化学特性、主要成分的含量和来源、以及化学反应等方面。
通过这些研究，我们可以更好地了解大气气溶胶的组成和变化规律，有助于判定其对环境和人类健康的影响。
2. 大气污染源解析通过对大气气溶胶中各种元素和化合物的分析，环境化学能够判定不同污染源的特征和贡献度。
例如，通过分析二次有机气溶胶中的有机物成分，可以判定其来源是车辆尾气还是工业废气。
这对于精确识别和控制污染源具有重要意义。
3. 大气气溶胶变化规律研究环境化学通过长期观测和实验研究，揭示了大气气溶胶的季节性和地域性变化规律。
例如，夏季气溶胶中无机硫和硝酸盐含量较高，冬季则以有机碳为主。
这些变化规律的研究可为环境保护和污染防治提供科学依据。
三、环境化学在大气气溶胶研究中的发展1. 仪器技术的进步随着仪器技术的不断革新，环境化学能够更加精确地检测和分析大气气溶胶中微量组分。
高灵敏度的质谱仪、激光拉曼光谱等仪器的应用，使得大气气溶胶的成分分析更加准确和全面。
2. 模型和模拟方法的改进环境化学通过建立大气气溶胶的模型和模拟方法，可以预测和模拟大气气溶胶的变化趋势和空气质量影响。
同时，模型研究也为大气气溶胶的治理提供技术支持和经济效益评估。
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被污染城市 1×105～4×106 30～150
100～3004
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.
地点
Newark
Elizabeth
夏季IPM(D≤15um)
46.3
34.8
冬季IPM(D≤15um)
47.3
46.2
夏季IPM(D≤2.5um)
冷凝、凝聚，以及由大气化学反应所产生的各种气体分子转 化成的二次气溶胶。
粒径0.05μm～0.2μm。 不易被 干、湿沉降去除，主要是扩散去除。
15
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.2、气溶胶粒子的三模态及其特性
* 粗粒子模(Coarse particle mode) 主要来源于机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山
0.5～2.5
0.01～0.5
3.0
0.25～1.5
3.45～11.0二次气溶胶
7.21～15.5
0.5～2.5
0.02～1.0
0.1～0.9
1.75～3.35(二次气溶胶
2.37～7.75
3
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.1.2、气溶胶粒子的来源与汇
气溶胶粒子的环境浓度 表５－３ 气溶胶粒子的数浓度和体积浓度
0
D
2 p
n( D p
)dD p
0 ns (Dp )dDp
V 6
0
D
3 p
n(Dp )dDp
0 nv (Dp )dDp
11
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
图5-2
12
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
* 湿沉降 雨除和冲刷
6
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.1.2、气溶胶粒子的来源与汇 表5-5
7
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论
5.1.3、气溶胶粒子对人体的危害
8
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
* 数密度、表面积密度和体积密度 定义dN=n(Dr)dDr为1cm3空气中，粒径从Dr到Dr+dDr范
粒径
气溶胶的粒径一般用有效直径表示，即空气动力学直径。
Dr De K
p 0
Dg为几何直径
ρp为忽略了浮力效应的粒子密度
ρ0为参考密度=1
K为形状系数
1
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.1.1、概念
气溶胶的分类 * 总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulates，TSP) 粒径小于100μm * 飘尘 在大气中长期飘浮的悬浮物，粒径小于10μm * 降尘 依靠自身重力沉降的颗粒物 * 可吸入粒子(Inhalable Particles，IP) 可进入人的呼吸道的颗粒物。
图5-3
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第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布
5.2.2、气溶胶粒子的三模态及其特性 气溶胶粒子的粒度分布能反应出气溶胶粒子的大小及其
来源或形成过程。 怀特比(Whitby)概括了气溶胶粒子的三模态模型：
* 爱根核模(Aitken nuclei mode)，又称成核模 主要来源于燃烧过程所产生的一次气溶胶粒子和气体
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
与数密度相似，定义粒子的表面积分布函数ns(Dp)和体 积分布函数nv(Dp)：
ns (Dp )
dS dD p
D
2 p
n(Dp )
nv (Dp )
dV dD p
6
D
3 p
n(Dp )
1cm3空气中总的粒子表面积和粒子体积为：
S
地区
数浓度（个/cm3） （Dr＜0.05um)
体积浓度(um3/m3) (Dr＜1um)
总体积浓度 （um3/m3)
背景区海洋 100～400
1～4
大陆边远区 50～1000
0.5～2.5
2～10
大陆(平均) 2000～5000
2.5～8
10～40
受影响城市 5000～15000
8～30
20～60
第五章 气溶胶化学
大气污染物分为两种：气态污染物和气溶胶。
5.1、基本理论
5.1.1、概念
气溶胶
气溶胶是指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。微粒(particles)的动力学直径约0.002～100μm， 下限为目前可测出的最小尺度，上限相应于在空气不能长时间 悬浮而较快降落的尺度。
25.6
20.1
冬季IPM(D≤2.5um)
36.9
Camden
40.6 41.6 27.7 33.4
Ringwood
19.5 24.5 19.7 23.6
5
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.1.2、气溶胶粒子的来源与汇
气溶胶粒子的汇 * 干沉降 气溶胶粒子在重力或与地面碰撞后，发生沉降而被 去除。
PM10、PM5、PM2.5
2
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论
5.1.2、气溶胶粒子的来源与汇 气溶胶粒子的来源
天然来源 人为来源
来
源
风砂
森林火灾
海盐粒子
火山灰
H2S、NH3、NOx和HC等气体 总量
砂石（农业活动）
露天燃烧（小粒子）
直接排放（工业过程）
SO2、NOx、HC等气体 总量
排放量（×108t/a）
灰和风砂等一次气溶胶粒子。 粒径≥0.2μm。 主要靠干沉降和雨水冲刷去除。 细粒子与粗粒子之间很少相互作用，可以认为是相互独
分子通过化学反应均相成核转换成的二次气溶胶粒子。 粒径≤0.05μm，粒径小，数量多，随时间推移，易由小
粒子碰撞合并成大粒子。
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第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.2、气溶胶粒子的三模态及其特性
* 积聚模(Accumulation mode) 主要来源于爱根核模的凝聚，燃烧过程所产生的蒸汽
ns (Dp )
dS dD p
D
2 p
n(Dp )
nv (Dp )
dV dD p
6
D
3 p
n(Dp )
1cm3空气中总的粒子表面积和粒子体积为：
S
0
D
2 p
n( D p
)dD p
0 ns (Dp )dDp
V 6
0
D
3 p
n(Dp )dDp
0 nv (Dp )dDp
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第五章 气溶胶化学
围内的粒子数，式中的n(Dr)为粒子的数密度分布函数：
n(Dr) dN dDr
1cm3空气中所有粒径大小的粒子总数N为：
N 0 n(Dr)dDr
9
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
与数密度相似，定义粒子的表面积分布函数ns(Dp)和体 积分布函数nv(Dp)：