气溶胶分布及成核作用

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大气颗粒物的粒度分布
等效直径
光学等效直径
体积等D效ia直gr径a或m几3 何直径
空气动力学等效直径
Diagram 4
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空气动力学直径（Dp）
D p Dg K
p 0
式中：Dg——几何直径
ρp——忽略了浮力效应的粒密度 ρ0——参考密度（ρ0=1g/cm3） K——形状系数，当粒子为球状时，K=1.0
气溶胶的分布及成核作用
刘培 硕920 3109019003
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目录
1 气溶胶的粒径分布 2 大气气溶胶谱分布函数的经验描述 3 气溶胶粒子的三模态及其特性 4 气溶胶粒子的成核作用
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气溶胶的定义
气溶胶：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。
固体或液体微粒：通常称为颗粒物或粒子，是指空气 动力学直径为0.003-100um的液滴或固态粒子。
从上式可见，对于球状粒子，ρp对Dp是有影响的。当ρp 较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大气粒子满足ρp≤10， 因此Dp和 Dg的差值因子必定小于3。
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大气气溶胶谱分布函数的经验描述
1 对数正态分布 2 幂指数定律 3 修正的Γ谱分布
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对数正态分布
awenku.baidu.com
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典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布
通过干沉降和湿沉降（雨除或冲刷）清除
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均相成核-由气体分子形成新核
均相成核：当某物种的蒸气在气体中达到一定过饱和度时， 由单个蒸气分子凝结成为分子团的过程
能量最低原理：气体分子若能形成新核，必须在成核后使 体系能量降到最低，只有这样，新核才能稳定
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胚芽初期形成的可能性
未 饱 和 状 态
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颗粒物的生成和增长过程
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成核理论的原理及适用条件
二元成核理论
低温、高湿、 大气中已存 在的颗粒物 比较少、硫 酸蒸气浓度 比较高
三元成核理论
粒子诱导成核
给出足够高 的成核速率， 可以合理的 解释在海岸 地区所观测 到的高成核 速率事件
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大气离子参与 成核，提高了 成核速率，用 于解释目前观 测值和理论值 之间的差别。 成功的预测了 飞机排放气溶 胶的演变
式中：A、b、B、c四个参数是正数
与幂指数定律数谱分布函数相比，Γ谱分布很繁琐
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气溶胶粒子的三模态及其特性
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气溶胶粒子的三模态
爱根核膜 积聚模 粗离子膜
粒径小于 0.05um的
粒子
粒径在 0.05-2um
范围的粒子
粒径大于 2um的粒 子
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三模态的主要形成和去除机制
来源：燃烧过程所产 生的气溶胶粒子、二 次粒子 特点：易“老化” 碰并：即在已有颗粒 物上化学转化生成的 冷气冷凝后生长
来源来：源机：械爱过根程核所膜造的凝 成的聚扬、尘蒸、汽海冷盐凝溅、沫凝、聚、 火山各灰种和气风体砂分等子一转次化成 气溶的胶二粒次子气溶胶 去除去方除式方：式干：沉不降易和被干、 雨水湿冲沉刷降出去，主要通
过扩散去除
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粗、细粒子之间的相互作用
由于气溶胶老化， 使积聚模的体积 浓度有很大增长， 对粗粒子体积的 影响却相对较小
过
饱
当e>es时，那么ΔGT可能大于零，也可能小于零。初始阶
和
段，随r的增加ΔGT有所增大。当r=r*时，ΔGT 达到最大 ΔGT*；当r继续增大时，ΔGT反而减小。r*称为临界半径，
状
这时胚芽称为临界胚芽a
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s和RH与对r*的关系
S——过饱和度 RH——相对湿度
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从图中可以看出，半 径为0.01um的小液滴要 与环境达到不稳定的平 衡，就需要相对湿度为 112.5%或过饱和度为 12.5%。而半径为1.0um 的小液滴与环境达到不 稳定平衡时，只要求 100.12%的相对湿度或 0.12%的过饱和度。
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幂指数定律
• 德国科学家junge在总结了大量实验观测结果的基础上， 于1963年首先提出以“幂指数定律”来表示数分布函数， 其数学表达式为：
Junge分布简洁明了，但只适用于0.1-10um粒径 范围内的数浓度谱分布，可以很好地拟合城市气溶 胶数谱分布。
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修正的Γ谱分布
Deirmendjian于1969年提出用修正的Γ谱分布，近似描述环境 大气气溶胶数谱分布：
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新粒子发生时，核膜态粒子数 浓度急剧增加
随着时间的推移，颗粒物不断 长大，在夜晚停止生长并维
持 稳定
➢在干净地区和污染大气中均 观测到了新粒子发生的现象。 ➢不同性质的大气中观测到的 新粒子发生的特点不同
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Thank you
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当e（H2O蒸汽压）<es （饱和蒸汽压）时，ΔGT 随着r（粒子半径）的增 大而增加，即ΔGT>0。 根据热力学原理，在等温、
等压条件下，ΔGT>0的 过程为非自发过程。因此，
利于r的增大，即不利于 胚芽的自发形成。在这种 情况下，即使由于分子碰 撞形成了胚芽，仍然会由 于蒸发（自发过程）而难
以稳定存在。
这就是为什么在大、 小液滴同时存在时，小 液滴往往不易长大而易 蒸发、消失，但大液滴 却不断长大的原因。
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气溶胶粒子的非均相成核
非均相成核：当有外来粒子作为核心时，蒸气分子凝结在该 核心表面的过程
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新粒子生成
成核理论
水-硫酸 均相成核
水-硫酸-氨 均相成核
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离子诱 导成核
低蒸汽压 有机化合物 均相成核
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各模态粒子之间的相互作用
由上表可以看出，核膜与积聚模之间的凝聚作 用超过核膜之间的凝聚作用。粗膜与粗膜之间 的凝聚作用以及积聚模与粗膜之间均可忽略
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气溶胶粒子的成核作用
成核过程=物理过程+化学过程
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