大气气溶胶复习资料

《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.R Wilson，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（<0.1μm）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 = Particulate Matter (PM)

PMX: particles with diameters ≤ X μm (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。

2.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。

每个对数半径间隔内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。

Γ分布，修正的Γ分布()exp()

n r ar br αγ=-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：Number frequency ：第i 个间隔中的颗粒个数ni 与颗粒总数Σni 之比

Cumulative frequency ：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

Number frequency density 粒数频率密度（频度）

核模态10-3μm ——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10-1μm ——最稳定，既不受布朗运动的影响，也不受重力沉降影响

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。

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，其密度已知

()34

()3

m n r dr r n r dr πρ=

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。

直接注入：火山喷发（粗粒子），球外陨星(蒸汽10-2-1μm ，直接进入1-103 μm ，增加硫酸盐的质量)，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