气溶胶分布及成核作用
气溶胶
影响人体健康
凝聚过程、化学反应 湿度小的时后有吸水性， 其它方面与烟效应相同
三、气溶胶源和汇 --气溶胶来源
天然源、人为源
（按颗粒物形成机制）气溶胶
一次气溶胶粒子、二次气溶胶粒子 一次气溶胶粒子
天然污染源和人为污染源释放。
二次气溶胶粒子
大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间， 或与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化 反应或其它化学反应转化生成的颗粒物。
表面积分布曲线（峰值 ） 0.25m
大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模。
由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，粒 度为0.005~0.05m，属于核模型。
粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气 凝结气而长大的，属于积聚模型。
以上颗粒物合称为细粒(小于2m)
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气溶胶源和汇—气溶胶天然来源
一次气溶胶粒子天然源 地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、
森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、 袍子等。
二次气溶胶粒子天然源
森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）--光化学反应--产生微小 颗粒；与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由H2S、SO2经氧 化生成的硫酸盐；由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。
一 气溶胶粒子成核过程
SO2转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下： 1. SO2气体的氧化g) mH 2SO4 nH2O
3.粒子成长过程
mH 2SO4 nH2O H 2SO4 其它气体、固体微粒 硫酸盐粒子
（液相硫酸雾核）
粒子（液体）
（固体）
二、气溶胶的分类
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类： ✓ 固态气溶胶——烟和尘； ✓ 液态气溶胶——雾；
分析气溶胶的形成和物理性质
分析气溶胶的形成和物理性质气溶胶是由固体或液体微粒悬浮在气相中的复杂混合物。
它们的来源包括天然和人工的过程，如火山喷发、森林火灾、工业排放、机动车辆尾气等。
气溶胶对公共健康和环境有着重要的影响，因为它们能够吸收或反射太阳辐射，影响地球能量平衡和气候，同时也能够对呼吸系统等产生负面影响。
本文将介绍气溶胶的形成机制和物理性质，为进一步了解气溶胶的环境影响提供更深入的理解。
一、气溶胶的形成机制气溶胶形成主要分为两种机制：核化和凝聚。
核化是指气态物质原子或分子自由组合形成稳定的固体或液体微粒的过程。
例如，大气中的氧、硫和氮等元素能够通过光和化学反应形成具有一定大小的微粒，成为大气气溶胶的一部分。
凝聚是指气溶胶微粒之间的相互作用力超过它们之间的热运动能量时，微粒彼此凝聚形成更大的微粒的过程。
这种过程可能是由于物理或化学作用导致的。
二、气溶胶的物理性质气溶胶化学和物理性质的复杂性导致了它们影响因素的巨大不确定性。
然而，它们的一些物理性质可以通过实验测量和数学模型进行研究。
大小和形状：气溶胶微粒的大小和形状可以对其行为和环境影响产生重要影响。
较小的微粒可以更容易地穿过人体呼吸系统并进入肺部，从而可能对健康造成负面影响。
形状和表面特性也与气液界面能量有关。
成分：气溶胶的成分对其环境化学和物理性质产生关键影响。
它们的化学成分取决于它们的来源。
例如，来自森林火灾的气溶胶中能够检测到碳和有机污染物，而来自工业排放的气溶胶中则可能含有重金属和硫酸盐等化学成分。
光学性质：气溶胶对太阳辐射的吸收和散射能够影响大气能量平衡和气候。
气溶胶的反射能力、散射角度和发散性不同，导致它们的光学性质也不同。
结论气溶胶的物理性质和影响因素非常复杂。
需要通过实验和数学模型的结合来建立气溶胶的化学和物理特征，进一步研究它们对公共卫生和环境的影响。
希望通过深入研究气溶胶，为缓解大气污染和气候变化等问题提供更有效的解决方案。
气溶胶
浓度分布
气溶胶的浓度，可以用一定体积中微粒的总质量来表示，基本单位是微克/米，也可以用数密度即单位体积内的粒子数目来表示。气溶胶的分布特性通常可用其粒子数目(n)、粒子表面积(S)、粒子的体积(V)或质量(m)按粒径大小(D)的分布来描述，一般作dn/d lgD、dS/d lgD和dV/d lgD对lgD的分布图,它们基本上呈正态分布。对于半径(r)在0.1微米和10微米之间的粒子，一般用容格(Junge)分布来表示，即：n(r)=Cr
7种类
自然产生
天然气溶胶：云、雾、霭、烟、海盐等。
生物气溶胶：微粒中含有微生物或生物大分子等生物物质的称为生物气溶胶（bioaerosol），其中含有微生物的称为微生物气溶胶。
人类产生
工业化气溶：有杀虫剂、消毒剂和卫生消毒剂、洗涤剂和清洁剂、蜡、油漆和发胶。
食用气溶胶：搅拌过的奶油。
气溶胶能够引起丁达尔效应
9应用
气溶胶在工业、农业、国防和其他方面都已得到广泛的应用，如加快燃烧速率和充分利用燃料。喷雾干燥可提高产品质量，已广泛用于医药工业与洗衣粉的生产。农业上，农药的喷洒可提高药效、降低药品的消耗；利用气溶胶进行人工降雨，可大大改善旱情。国防上，用来制造信号弹和遮蔽烟幕。
工业城市上空的烟雾和工厂、矿井中的烟尘对人体健康危害极大(如硅肺)，还有破坏大自然的酸雨以及易引起爆炸的粉尘，都和气溶胶有关。
气溶胶中硝酸盐和有机物的形成机制，尚待研究。气溶胶中有铵离子(NH4+)存在，能与硫酸根离子(SO42-)和硝酸根离子(NO3-)生成铵盐。至于气溶胶中的有机物,更是许多种类有机物的复杂混合物，其中包括稀烃、烷烃、芳烃、多环芳烃、醛、酮、酸、醌、酯，以及有机氮化物和有机硫化物等。
大气气溶胶
二、气溶胶粒子的分布：
气溶胶粒子的浓度分布受地理位置、地形、地表 性质、人类居住情况、距污染源的远近程度、气象条 件的影响，所以，不同地方浓度分布不一样。
2.5 大气气溶胶
气溶胶原意是指悬浮在气体中的固体和（或） 液体微粒与气体载体组成的多相体系。
五、微生物、孢子、花粉等有机物质点
六、宇宙尘埃
如流星
2.5.3 气溶胶粒子在大气过程中 的作用
一、在云雾降水中的作用
气溶胶粒子起着凝结核、冰核、凝冻核、凝华核 的作用，使云雾滴能够产生并长大，形成云雾降水。
二、对大气辐射过程的影响
气溶胶粒子能吸收和散射太阳辐射，削减到达地面 的能量，减低低层大气的温度。
大气中含有悬浮着的各种固体和液体粒子，例如 尘埃、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉， 以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子。
所以可以把空气看成是一种气溶胶。 习惯上大气气溶胶是指大气中悬浮着的各种固态 和液态粒子（霾、飘尘、烟雾、冰晶、云雾滴、雨滴、 雪花、霰、冰雹等）。
气溶胶粒子 浓度的水平分布
五、在大气化学过程中的作用
气溶胶粒子在大气的许多化学过程中起作用，造成 严重的大气污染事件。如阳伞效应
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大气气溶胶的阳伞效应
二、烟尘及工业粉尘
人类活动产生的气溶胶粒子的浓度有明 显的日变化： ◇清晨，浓度最大； ◇中午前后，浓度最小 ◇黄昏，浓度海沫破裂产出海盐水滴，蒸发干涸形成巨核 和爱根核。
四、气-粒转化
爱根核由大气中微量气体转化而来。如so2经光化 学氧化作用，高温下能生成硫酸盐微滴，蒸发后成为 硫酸盐质点。
生物气溶胶的组成和作用研究
生物气溶胶的组成和作用研究随着科技的不断进步，人类对环境中各种微小颗粒的研究正在逐渐深入。
而生物气溶胶作为其中一种微小颗粒，近年来受到越来越多的关注。
本文将从生物气溶胶的组成和作用两个方面来进行探讨。
一、生物气溶胶的组成生物气溶胶是由生物体排放出来的一种细小颗粒。
在气溶胶领域，它通常被定义为直径小于10微米的气溶粒子。
生物气溶胶由多种化学成分组成，其中含有的蛋白质、多糖体和脂质等物质对人类健康有重要影响。
1.蛋白质生物气溶胶中含有大量蛋白质，这些蛋白质来源于微生物、植物和动物的新陈代谢产物以及海洋水体和大气气溶胶的混合物。
过敏原蛋白是其中的一种，它是人体免疫系统对于一些蛋白质变异情况的反应。
如果生物气溶胶中含有过敏原蛋白，那么人们接触后可能引起过敏反应或哮喘。
2.多糖体多糖体包括多种多糖分子，如淀粉、纤维素和凝胶体。
它们能够增加气溶胶的粘性，导致气溶胶粒子的运移变慢。
同时，多糖体对光学性质也有很大影响，可以引起大气细粒子的光学亮度变化。
3.脂质生物气溶胶中的脂质主要来自细菌和真菌，这些化合物可以充分反映生态系统对环境变化的响应。
脂质的存在可以保护细菌免受杀菌剂和紫外线辐射的伤害，并且脂质含量高的生物气溶胶在大气光学性质上具有很好的散射性。
二、生物气溶胶的作用生物气溶胶对大气环境和人类健康都有着不同程度的影响，下面将从两个方面对其作用进行介绍。
1.对大气环境的影响生物气溶胶是固态颗粒，可以承载很多有害物质并向大气中释放。
当它们与其他气溶胶物质共存时，会发生复杂的化学反应，影响大气中的化学平衡及气候变化。
此外，生物气溶胶还可以作为冰核，在大气中冰冻的过程中发挥重要作用。
生物气溶胶还能影响大气的透光性，导致太阳辐射无法进入大气层并引起气温下降。
此外，它们还能影响云的性质，对云的形成和消散发挥着重要作用。
2.对人类健康的影响生物气溶胶中存在大量的微生物，包括病原体和致病菌。
这些微生物会在人类的鼻腔、口腔、眼睛、皮肤等部位滞留，并通过吸入或食入等途径进入人体内。
气溶胶知识讲解
气溶胶本节内容要点：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。
微粒的动力学直径为0.002～100μm。
由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小，因而它们不象气态分子那样服从气体分子运动规律，但也不会受地心引力作用而沉降，具有胶体的性质，故称为气溶胶。
实际上大气中颗粒物质的直径一般为0.001～100μm；大于10μm的颗粒能够依其自身重力作用降落到地面，称为降尘；小于10μm的颗粒，在大气中可较长时间飘游，称为飘尘。
按照颗粒物成因不同，可将气溶胶分为分散性气溶胶和凝聚性气溶胶两类。
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。
例如二氧化硫转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下：●二氧化硫气体的氧化过程● 气相中的成核过程(液相硫酸雾核)在过饱和的H2SO4蒸气中，由于分子热运动碰撞而使分子(n个)互相合并成核，形成液相的硫酸雾核。
它的粒径大约是几个埃。
硫酸雾核的生成速度，决定于硫酸的蒸气压和相对湿度的大小。
●粒子成长过程硫酸粒子通过布朗运动逐渐凝集长大。
如果与其他污染气体(如氨、有机蒸气、农药等)碰撞，或被吸附在空中固体颗粒物的表面，与颗粒物中的碱性物质发生化学变化，生成硫酸盐气溶胶。
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类：(1)固态气溶胶--烟和尘；(2)液态气溶胶--雾；(3)固液混合态气溶胶--烟雾(smog)。
烟雾微粒的粒径一般小于1μm (见表2-13)。
气溶胶按粒径大小又可分为：(1)总悬浮颗粒物(total suspended particulates或TSP)，用标准大容量颗粒采样器(流量在1.1～1.7m3/min)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，它是分散在大气中各种粒子的总称。
气溶胶分布
气溶胶分布
气溶胶分布是指大气中的微小颗粒物质在空间和时间上的分布情况。
这些微小颗粒物质包括液态和固态颗粒，如水滴、尘埃、气溶胶等，它们对大气的光学、化学、生物学等过程都有着重要的影响。
气溶胶分布的空间变化是由大气环流、地形、气象条件等因素共同影响的。
在水平方向上，气溶胶浓度的分布与风向、风速等气象条件有关。
在垂直方向上，气溶胶的浓度会随着高度的增加而逐渐减小，这是由于气溶胶的重力沉降和大气混合作用导致的。
气溶胶分布还受到大气污染和人类活动的影响。
在城市和工业区，气溶胶浓度通常比较高，这是由于工业排放、交通尾气、建筑施工等活动产生的大量气溶胶。
而在农村和自然环境中，气溶胶浓度通常比较低。
气溶胶分布的时间变化也受到多种因素的影响。
日变化是气溶胶浓度的一个重要特征，一般在清晨和晚上浓度较低，中午浓度较高。
季节变化也会对气溶胶分布产生影响，例如在冬季，由于加热和供暖等活动增加，气溶胶浓度会相应上升。
对气溶胶分布的研究有助于深入了解大气的物理化学过程和环境变化，从而更好地控制大气污染和预测气候变化。
现代的气象卫星、地面观测站和大气模式等技术手段已经广泛应用于气溶胶分布的研究中，取得了许多重要成果。
气溶胶分布是一个复杂而重要的问题，在大气科学和环境科学中具有广泛的应用价值。
未来，我们需要进一步深入研究气溶胶分布的规律和机理，以更好地保障人类健康和环境可持续发展。
气溶胶的生成机制和作用
气溶胶的生成机制和作用气溶胶是一种具有微观尺寸的物质颗粒，它由气态分子或小分子聚集而成。
气溶胶的生成机制较为复杂，通常包括几种主要的过程，如气态物质的聚集、化学反应、凝聚等。
与此同时，气溶胶对环境和人类健康也有着重要的影响。
本文将分别从气溶胶的生成机制和作用两方面进行探讨。
一、气溶胶的生成机制气溶胶的生成机制实际上是由多种过程组成的。
在自然条件下，气溶胶通常是由自然源和人为源产生的。
在自然源方面，主要包括火山、海洋、植物、细菌等，而人为源则包括工业、交通、建筑等。
气溶胶的生成机制可以简单地分为以下几个方面：1、凝结成核凝结成核是气溶胶生成的关键步骤之一。
当气溶胶中的水汽达到饱和点时，它就会在空气中凝结成为水滴。
此时，这些小的水滴就会吸附空气中的气体分子和微小颗粒，形成较大的气溶胶颗粒。
2、聚集成核除了凝结成核，气溶胶的聚集成核也是气溶胶形成的重要过程。
气体分子和微小颗粒沿着气流运动时，它们会相互碰撞，形成更大的颗粒。
这些更大的颗粒会继续沉积和吸附，形成更重的气溶胶颗粒。
3、化学反应化学反应是气溶胶生成的另一种机制。
当一些气态分子在大气中相互反应时，它们就可以形成更大的气溶胶颗粒。
这种机制通常出现在大气中的特定区域里，如污染源。
二、气溶胶的作用气溶胶对环境和人类健康具有重要的影响。
在环境方面，气溶胶可以影响气候变化，对大气辐射平衡和云形成有重要作用。
此外，气溶胶对自然界和人类健康的影响也日益显著。
1、对健康的影响气溶胶对人类健康的影响主要体现在以下几个方面：（1）影响呼吸系统：空气中的气溶胶可进入人体呼吸系统，引起气道炎症、喉炎、支气管炎等病症。
（2）影响心血管系统：空气中的气溶胶可促进氧化反应，使血管收缩，影响心血管系统的正常功能。
（3）影响免疫系统：空气中的气溶胶可刺激人体免疫系统，引起一系列的免疫反应和炎症。
2、对环境的影响气溶胶对环境的影响主要体现在以下几个方面：（1）影响气候变化：气溶胶的存在会影响大气辐射平衡，从而影响气候变化。
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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
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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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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：
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。
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3
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
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。
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
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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Hale Waihona Puke 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
a
离子诱 导成核
低蒸汽压 有机化合物 均相成核
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
a
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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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
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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
a
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
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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5
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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6
对数正态分布
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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