《大氣環(huán)境化學(xué)》課件：aerosol-01

1、大氣氣溶膠大氣氣溶膠1）大氣氣溶膠的尺度及其濃度分布）大氣氣溶膠的尺度及其濃度分布2）氣溶膠粒子的化學(xué)組分及其來源的估計(jì)）氣溶膠粒子的化學(xué)組分及其來源的估計(jì)3）大氣氣溶膠的生成過程）大氣氣溶膠的生成過程4）大氣化學(xué)模式）大氣化學(xué)模式1）大氣氣溶膠的尺度及其濃度分布）大氣氣溶膠的尺度及其濃度分布何謂氣溶膠？何謂氣溶膠？ AEROSOL AERO SOL 一種膠體狀態(tài)，以大氣為介質(zhì)，其中一種膠體狀態(tài)，以大氣為介質(zhì)，其中懸浮了固態(tài)和液態(tài)的粒子。懸浮了固態(tài)和液態(tài)的粒子。 大氣氣溶膠指混合狀態(tài)的總體也指粒子。大氣氣溶膠指混合狀態(tài)的總體也指粒子。氣溶膠氣溶膠氣體中懸浮的微小的液體或固體粒子氣體中懸浮的微小

2、的液體或固體粒子細(xì)粒子細(xì)粒子(2.5 m)粗粒子粗粒子(10 m)Psfai et al. (1999)Strawa et al. (1999)Soot inclusion燃煤發(fā)電廠排煙燃煤發(fā)電廠排煙金屬溶解爐排煙金屬溶解爐排煙含硝酸鹽的沙塵粒子。2002年3月丹后半島采樣?；ǚ刍ǚ郾本┎杉降拿簾熈Ｗ哟髿饽芤姸仁谴髿赓|(zhì)量大氣能見度是大氣質(zhì)量最直接指標(biāo)之一最直接指標(biāo)之一名古屋名古屋漢城漢城北京北京2013年年12月的北京月的北京 為何要研究它？為何要研究它？ 它是大氣的重要組成部分它是大氣的重要組成部分 污染物污染物 健康、能見度、設(shè)備健康、能見度、設(shè)備 影響大氣輻射過程影響大氣輻射過程 能見

3、度、氣候能見度、氣候 影響云雨過程影響云雨過程 CCNCCN、ININ、天氣氣候天氣氣候 大氣化學(xué)循環(huán)大氣化學(xué)循環(huán) 氣粒轉(zhuǎn)化、多相反應(yīng)氣粒轉(zhuǎn)化、多相反應(yīng)在不同環(huán)境圈層間的物質(zhì)遷移在不同環(huán)境圈層間的物質(zhì)遷移 黃土高原、海床沉積黃土高原、海床沉積 大氣氣溶膠粒子尺度特征大氣氣溶膠粒子尺度特征大氣氣溶膠的濃度大氣氣溶膠的濃度 數(shù)濃度、質(zhì)量濃度：個(gè)/cm3，mg/m3，g/m3表表5.1 大氣氣溶膠濃度大氣氣溶膠濃度 地區(qū) 埃塵核 體積濃度 總體積濃度 個(gè) /cm3 (D1m)g/cm3 g/cm3背景值背景值海 洋 1001400 14 遙遠(yuǎn)大陸501000 0.52.5 210大陸平均200050

4、00 2.58 1040受城市影響51031.5104 830 060城市污染城市污染11054106 0150 100300粒子濃度隨尺度分布的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系粒子濃度隨尺度分布的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系Junge 分布分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布N(logr) r3 =const.N(logr) r3dN/dlogr=cr-( +1)ln2)ln(lnexpln)2()(ln222/1gpgpgpDDNDnN(Dp)=1/Dpn(lnDp)氣溶膠氣溶膠三模態(tài)示意圖三模態(tài)示意圖2）氣溶膠粒子的化學(xué)組成和來源分析）氣溶膠粒子的化學(xué)組成和來源分析系統(tǒng)的大氣氣溶膠樣品收集并作組分分析系統(tǒng)的大氣氣溶膠樣品收集并作組分分析這

5、樣的數(shù)據(jù)組中應(yīng)包含這樣的數(shù)據(jù)組中應(yīng)包含 氣溶膠的氣溶膠的來源組分來源組分的信息的信息 以及每一樣品中各以及每一樣品中各來源貢獻(xiàn)來源貢獻(xiàn) 即即求逆問題求逆問題 多元統(tǒng)計(jì)分析多元統(tǒng)計(jì)分析鄭均華提供鄭均華提供大氣氣溶膠的化學(xué)組成大氣氣溶膠的化學(xué)組成元元 素素鹵素鹵素 海洋：粗粒子Cl、 Br ，城市：細(xì)粒子Br地殼地殼 粗粒子 Si Al Fe Ca Mg Na K Ti Sc 細(xì)粒子 Zn Cd Ni Cu Pb S 海洋海洋 Na Cl K土壤土壤 Si Al Fe Ti （稀土）煤灰煤灰 地殼元素，As Se水泥石灰水泥石灰 Ca Al汽車尾氣汽車尾氣 Pb Br Ba燃料油燃料油 Ni V

6、Pb Na垃圾垃圾 Zn Sb Cd可溶性無機(jī)鹽可溶性無機(jī)鹽海洋海洋 Na+ Cl- SO42- Ca2+ NH4+陸地陸地 地殼金屬元素的離子（地殼金屬元素的離子（Ca2+） NH4+ ， SO42- NO3-有機(jī)物有機(jī)物烷烴、烯烴、芳香烴、多環(huán)芳烴（苯并芘）、二惡英烷烴、烯烴、芳香烴、多環(huán)芳烴（苯并芘）、二惡英多環(huán)芳烴限制多環(huán)芳烴限制100ng/m3， 北京（北京（1981，3）255 ng/m3 紐約紐約 7.3 ng/m3Jimenez et al. 2009受體模式受體模式 Receptor model1, 化學(xué)元素平衡化學(xué)元素平衡 (CEB) Cij = Pij aijSj 濃度濃

7、度 源強(qiáng)源強(qiáng) 系數(shù)系數(shù) 源源j的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)2, 主因子分析主因子分析(factor analysis) 主成分分析主成分分析(principal component analysis)3）大氣氣溶膠生成過程）大氣氣溶膠生成過程 海水飛沫蒸發(fā)液體破碎揚(yáng)塵固體粉碎粉碎生成氣體粒子的轉(zhuǎn)化生成 均相成核單成份多成份增長非均相凝結(jié)分子碰撞擴(kuò)散凝結(jié)表面的多相反應(yīng)液滴的反應(yīng)并合()dldlpp原生和次生原生和次生 地面揚(yáng)塵地面揚(yáng)塵起砂機(jī)制示意圖起砂機(jī)制示意圖Desert dust particlesDust storm over the Dead SeaDust in Sahara view from sp

8、aceDesert dust in Tel Aviv 海水飛沫海水飛沫海水飛沫生成氣溶膠海水飛沫生成氣溶膠 示意圖示意圖氣體到粒子的轉(zhuǎn)化氣體到粒子的轉(zhuǎn)化1，由可凝氣體產(chǎn)生粒子，由可凝氣體產(chǎn)生粒子 （新相態(tài)形成是有條件的）（新相態(tài)形成是有條件的）2，氣體凝結(jié)在已有的粒子上，氣體凝結(jié)在已有的粒子上Gas to Particle (GTP)超細(xì)超細(xì)10 um1 um0.1 um硫酸鹽硫酸鹽硝酸鹽硝酸鹽氨氨碳黑碳黑重金屬重金屬有機(jī)物有機(jī)物粗粗細(xì)細(xì)土壤土壤塵塵硅硅鹽鹽花粉花粉輪胎橡膠輪胎橡膠2.5 um顆粒物細(xì)粒子污染顆粒物細(xì)粒子污染顆粒物粒徑與成分顆粒物粒徑與成分沉積在呼吸道中的粒子作為粒徑函數(shù)沉積在

9、呼吸道中的粒子作為粒徑函數(shù)顆粒物健康效應(yīng)顆粒物健康效應(yīng)4 4）大氣化學(xué)模式）大氣化學(xué)模式Regional air-quality model(WRF-Chem) (1) Meteorology: On-line calculated from the WRF model(2) ChemistryRADM-2 chemistry with TUV for photolysis (40 species, 135 reactions) (3) AerosolsBlack carbon, sulfate, organic carbon, and nitrate(4) Other processesAd

10、vection, 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 霧霾預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA Unified Atmospheric Ch