《大气环境化学》课件：aerosol-01.ppt

1、大气气溶胶大气气溶胶1）大气气溶胶的尺度及其浓度分布）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）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）大气气溶胶的生成过程4）大气化学模式）大气化学模式1）大气气溶胶的尺度及其浓度分布）大气气溶胶的尺度及其浓度分布何谓气溶胶？何谓气溶胶？ AEROSOL AERO SOL 一种胶体状态，以大气为介质，其中一种胶体状态，以大气为介质，其中悬浮了固态和液态的粒子。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。大气气溶胶指混合状态的总体也指粒子。气溶胶气溶胶气体中悬浮的微小的液体或固体粒子气体中悬浮的微小

2、的液体或固体粒子细粒子细粒子(2.5 m)粗粒子粗粒子(10 m)Psfai et al. (1999)Strawa et al. (1999)Soot inclusion燃煤发电厂排烟燃煤发电厂排烟金属溶解炉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。花粉花粉北京采集到的煤烟粒子大气能见度是大气质量大气能见度是大气质量最直接指标之一最直接指标之一名古屋名古屋汉城汉城北京北京2013年年12月的北京月的北京 为何要研究它？为何要研究它？ 它是大气的重要组成部分它是大气的重要组成部分 污染物污染物 健康、能见度、设备健康、能见度、设备 影响大气辐射过程影响大气辐射过程 能见

3、度、气候能见度、气候 影响云雨过程影响云雨过程 CCNCCN、ININ、天气气候天气气候 大气化学循环大气化学循环 气粒转化、多相反应气粒转化、多相反应在不同环境圈层间的物质迁移在不同环境圈层间的物质迁移 黄土高原、海床沉积黄土高原、海床沉积 大气气溶胶粒子尺度特征大气气溶胶粒子尺度特征大气气溶胶的浓度大气气溶胶的浓度 数浓度、质量浓度：个/cm3，mg/m3，g/m3表表5.1 大气气溶胶浓度大气气溶胶浓度 地区 埃尘核 体积浓度 总体积浓度 个 /cm3 (D1m)g/cm3 g/cm3背景值背景值海 洋 1001400 14 遥远大陆501000 0.52.5 210大陆平均200050

4、00 2.58 1040受城市影响51031.5104 830 060城市污染城市污染11054106 0150 100300粒子浓度随尺度分布的经验关系粒子浓度随尺度分布的经验关系Junge 分布分布对数正态分布对数正态分布N(logr) r3 =const.N(logr) r3dN/dlogr=cr-( +1)ln2)ln(lnexpln)2()(ln222/1gpgpgpDDNDnN(Dp)=1/Dpn(lnDp)气溶胶气溶胶三模态示意图三模态示意图2）气溶胶粒子的化学组成和来源分析）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系统的大气气溶胶样品收集并作组分分析这

5、样的数据组中应包含这样的数据组中应包含 气溶胶的气溶胶的来源组分来源组分的信息的信息 以及每一样品中各以及每一样品中各来源贡献来源贡献 即即求逆问题求逆问题 多元统计分析多元统计分析郑均华提供郑均华提供大气气溶胶的化学组成大气气溶胶的化学组成元元 素素卤素卤素 海洋：粗粒子Cl、 Br ，城市：细粒子Br地壳地壳 粗粒子 Si Al Fe Ca Mg Na K Ti Sc 细粒子 Zn Cd Ni Cu Pb S 海洋海洋 Na Cl K土壤土壤 Si Al Fe Ti （稀土）煤灰煤灰 地壳元素，As Se水泥石灰水泥石灰 Ca Al汽车尾气汽车尾气 Pb Br Ba燃料油燃料油 Ni V

6、Pb Na垃圾垃圾 Zn Sb Cd可溶性无机盐可溶性无机盐海洋海洋 Na+ Cl- SO42- Ca2+ NH4+陆地陆地 地壳金属元素的离子（地壳金属元素的离子（Ca2+） NH4+ ， SO42- NO3-有机物有机物烷烃、烯烃、芳香烃、多环芳烃（苯并芘）、二恶英烷烃、烯烃、芳香烃、多环芳烃（苯并芘）、二恶英多环芳烃限制多环芳烃限制100ng/m3， 北京（北京（1981，3）255 ng/m3 纽约纽约 7.3 ng/m3Jimenez et al. 2009受体模式受体模式 Receptor model1, 化学元素平衡化学元素平衡 (CEB) Cij = Pij aijSj 浓度浓

7、度 源强源强 系数系数 源源j的贡献的贡献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）大气气溶胶生成过程）大气气溶胶生成过程 海水飞沫蒸发液体破碎扬尘固体粉碎粉碎生成气体粒子的转化生成 均相成核单成份多成份增长非均相凝结分子碰撞扩散凝结表面的多相反应液滴的反应并合()dldlpp原生和次生原生和次生 地面扬尘地面扬尘起砂机制示意图起砂机制示意图Desert dust particlesDust storm over the Dead SeaDust in Sahara view from sp

8、aceDesert dust in Tel Aviv 海水飞沫海水飞沫海水飞沫生成气溶胶海水飞沫生成气溶胶 示意图示意图气体到粒子的转化气体到粒子的转化1，由可凝气体产生粒子，由可凝气体产生粒子 （新相态形成是有条件的）（新相态形成是有条件的）2，气体凝结在已有的粒子上，气体凝结在已有的粒子上Gas to Particle (GTP)超细超细10 um1 um0.1 um硫酸盐硫酸盐硝酸盐硝酸盐氨氨碳黑碳黑重金属重金属有机物有机物粗粗细细土壤土壤尘尘硅硅盐盐花粉花粉轮胎橡胶轮胎橡胶2.5 um颗粒物细粒子污染颗粒物细粒子污染颗粒物粒径与成分颗粒物粒径与成分沉积在呼吸道中的粒子作为粒径函数沉积在

9、呼吸道中的粒子作为粒径函数颗粒物健康效应颗粒物健康效应4 4）大气化学模式）大气化学模式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 雾霾预报系统CMA Unified Atmospheric Chemistry Environment中国气象局环境气象模式CUACE 43FeedbackRadiation, CloudGas PhaseChemistryAerosol ModuleISORROPIAAerosol EquilibriumData Assimilation环境数值预报模式 现状 CUACECUACE