第五章大气颗粒物

典型城市模型气溶胶的分布情况
▪ 5.3气溶胶粒子的三模态及其特性
▪ Whitby 等人依据大气颗粒物表面积与粒径分 布的关系得到了三种不同类型的粒度模，用 以区分三种不同类型的粒子组。
▪
爱根核模 (Dp<0.05 μm )
▪
积聚模 (0.05 μm ≤ Dp ≤ 2μm )
▪
粗粒子模 (Dp>2 μm )
▪ 从表1—21可以看出，核模与积聚模之间的凝聚作用超过核 模之间的凝聚作用；粗模与粗模之间的凝聚作用以及积聚模 与粗模之间的凝聚作用均可忽略。
▪ 这进一步证明了粗粒子和细粒子(核模十积聚模)可以认为是 彼此相互独立的。
5.4 大气颗粒物的源和汇
大气颗粒物的来源
1）颗粒物的天然来源
天然源可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，和地壳、土壤的成分很相似， 海浪溅出的浪沫，火山爆发的喷出物，森林火灾的燃烧物，宇宙来源的 陨星尘及生物界产生的颗粒物如花粉、孢子等。
(2)冲刷 降雨时在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰
撞或扩散、吸附过程，从而使颗粒物去除，对于半径在 4μm以上的颗粒物效率较高。
半径在2μm左右的很难通过以上两种方式除去。
5.5 大气颗粒物的化学组成
无机颗粒物：由颗粒物的形成过程决定。如扬尘的成 分主要是该地区的土壤粒子。海洋溅沫成分主要是氯化钠 粒子和硫酸盐粒子。
以上两种模的颗粒物合称为细粒子。
▪粗粒子 粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬 尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒 物所构成，组成与地面土壤十分相近，这些粒子主要靠 干沉降和湿沉降过程而去除。
大气颗粒物的表面性质
指饱和蒸汽 在颗粒物表 面形成液滴 的现象
指颗粒彼此 粘合或在固 体表面粘合
▪ 爱根核模： 主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒物，以及气体分 子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物。粒径 小，数量多，表面积大而很不稳定，易相互碰撞结成大 粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被 其他物质或地面吸收而去除。
▪ 积聚模 主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。多为二 次污染物，硫酸盐占80%以上。在大气中不易被干、湿 沉降去除（凝聚后可以）。主要的去除途径是扩散。
有机颗粒物：指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒 物，或有机物质吸附在其他颗粒物上面而形成的颗粒物。 粒径较小，属于爱根核模或积聚模。
8）烟雾（Smog）：
0.001~ 2 m；固体；粒径在2m以下，现 泛指各种妨碍视程(能见度低于2km)的大气 污染现象。光化学烟雾产生的颗粒物，粒径 常小于0.5m使大气呈淡褐色。
按粒径大小将大气颗粒物分为：
TSP <100μm 飘尘 <10 μm 降尘 >10 μm
可吸入粒子 Dp≤10 μm 粗粒子 2.5μm<Dp≤10 μm 细粒子 Dp ≤ 2.5μm
4）雾（Fog）
颗粒直径：2 ~ 200 m； 物态：液体； 生成机制、现象：水蒸气冷凝生成的颗粒小 水滴或冰晶水平视程小于1km。
5）霭（Mist）
颗粒直径：大于10 m； 物态：液体； 生成机制、现象：与雾相似，气象上规 定称轻雾，水平视程在1 ~ 2km之内，使大 气呈灰色。
6）霾（Haze）
5.1颗粒物的种类及分类
按形成机制划分：
一次颗粒物：直接由污染源排放出的颗粒物 二次颗粒物：在大气中发生反应而产生的颗粒物 按粒径分（下面介绍）
5.2、颗粒物的粒度和表面性质
粒度：是颗粒物粒子粒径的大小。粒径通常指颗粒物的
直径。目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。 空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度
大气颗粒物的去除过程
干沉降存在两种机制 (1)颗粒物在重力作用下沉降 (2)颗粒物做布朗运动、与其他物体碰撞后发生沉降
湿沉降的两种机制
(1)雨除 指一些颗粒物作为形成云的凝结核，成为云滴的中
心，通过凝结过程和碰撞过程使其增大为雨滴，形成降 雨，颗粒物从而被去除。对半径小于1μm 的颗粒物有 效；
颗粒直径：~ 0.1 m； 物态：固体； 生成机制、现象：干的尘或盐粒悬浮 于大气中形成，使大气混浊呈浅蓝色或 微黄色。水平视程小于2km。
7）烟尘(熏烟，Smoke)：
0.01~ 5 m；固体与液体；含碳物 质，如煤炭燃烧时产生的固体碳粒、水、 焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成 的混合物，如果煤烟中失去了液态颗粒， 即成为烟炭。
2）烟(烟气，Fume)
颗粒直径：0.01 ~ 1 m； 物态：固体； 生成机制、现象：由升华、蒸馏、熔融 及化学反应等产生的蒸气凝结而成的固 体颗粒。如熔融金属、凝结的金属氧化 物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。
3）灰（Ash）
颗粒直径：1 ~ 200 m； 物态：固体； 生成机制、现象：燃烧过程中产生的不燃性 微粒，如煤、木材燃烧时产生的硅酸盐颗粒， 粉煤燃烧时产生的飞灰等。
指气体或蒸 汽吸附在颗 作用对粗、细粒子的影响很不相同。 ▪ 可以看出，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很 小。
各种粒子模相互作用的凝聚速率
各种粒子模相互作用的凝聚速率
▪ 爱根核模之间或爱根核模与小的积聚模之间作用都能使爱根 核模长大从而进入积聚模粒径范围。
的、密度为1 g/cm3的球体直径。
Dg ——几何直径， K ——形状系数，
DpDgK p/0
ρp ——忽略了浮力效应的粒密度，
ρ0 ——参考密度(1g/cm3)
大气颗粒物的分类
1）粉尘（微尘、Dust） 颗粒直径：1 ~ 100 m； 物态：固体； 生成机制、现象：机械粉碎的固体微粒， 风吹扬尘，风沙。
二次颗粒物的天然来源主要是森林中排出的碳氢化合物(主要是萜烯 类)，进入大气后经光化学反应，产生的微小颗粒，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。
5.4 大气颗粒物的源和汇
2）颗粒物的人为来源
燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰 等，各种工业生产过程中排放的固体微粒，汽车尾 气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及如人为排 放SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗 粒物。