气溶胶的基本特征

对人体健康的影响
❖ 气溶胶能吸附二氧化硫，氮氧化物及气态有机有毒物质（如 PAHs,PCB等），并在气溶胶表面发生多相反应。
Thank you!
❖ 1.化学（干湿沉降，光化学烟雾，多相反应界面等） ❖ 2.气候效应（直接气候效应及间接气候效应） ❖ 3.环境质量（能见度） ❖ 4.健康效应
对大气能见度的影响
气候效应
❖ 气溶胶通过直接或间接方式影响大气辐射传输和地-气系统辐射收 支平衡，对气候变化，云降水等影响巨大。
❖ 气溶胶对气候系统的影响分为直接辐射强迫和间接辐射强迫。直 接辐射强迫是指颗粒物通过吸收和散射长波和短波辐射，从而改 变地球－大气系统辐射平衡；大气中的颗粒物作为云凝结核或者 冰核而改变云的微物理和光学特征以及降水效率，从而间接影响 气候，称为间接辐射强迫。
15
大气颗粒物的粒度分布及表面性质
粒子可以彼此互相紧紧的粘合或在固体表面上粘合。粘合或 凝聚是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程 。
吸着是指分子为颗粒物吸着的现象。如果气体或蒸气溶解在 微粒中，这种现象称为吸收。
若吸着在颗粒物表面上，则定义为吸附。涉及特殊的化学 相互作用的吸着，定义为化学吸附作用。
气溶胶的基本特征
主要内容
大气气溶胶的定义、基本特征 大气气溶胶的粒径，分类 大气气溶胶的表面性质及来源
大气气溶胶的定义、基本特征
❖ 定义：
液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成相 对稳定的悬浮体系。
液体或固体微粒（即颗粒物或粒子）是指空气 动力学直径为0.002~100μm的液滴或固态粒子。
❖形状：很复杂
液体颗粒物近似于球形，固体颗粒物多不规则，有片 状、柱状、雪花状、针状等等。
北京市典型烟尘集合体的TEM图像 （a.链状;b.簇状)
表面光滑的飞灰
表面吸附超细 颗粒的飞灰
矿物颗粒石英
硫酸盐
大气颗粒物的粒度分布及表面性质
粒度是指颗粒物粒子直径的大小。 城市大气中的典型情况是直径小于0.1m的颗粒居多数。
粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过 蒸气凝结气而长大以及化学反应所产生的各种气体分子转化成的 二次气溶胶粒子，属于积聚模型。
以上这两种颗粒物合称为细粒(小于2m)。 粒径大于2m的颗粒物属粗粒，由机械粉碎、液滴蒸发等过 程形成的，属于粗粒模。主要是自然界及人类活动的一次污染物 。
大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。
（1）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后 沉降。 （2）湿沉降：
① 雨除 ：气溶胶的颗粒物作为凝结核，成为云滴中心， 通过凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T<0 ℃）即雪，形 成降雨/雪。 ② 冲刷：在降雨/雪过程中，雨滴将大气中的微粒挟带或 冲刷下来。
重要性：
14
大气颗粒物的粒度分布及表面性质
细颗粒主要化学组分为SO42—、NH4+、NO3—、Pb和含有烟炱 和凝聚有机物的碳，粗颗粒化学组分为Fe、Ca、Si、Na、Cl、 Al等。
城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模 。 二、微粒的表面性质
微粒三种最重要的表面性质:成核作用、粘合和吸着。 成核是指过饱和蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，雨滴的 形成也涉及成核作用。
76 176 216.7 149.0 94.64 105.9 43.6 40.0 67.5 54.5 59.3
He et al. (2001) He et al. (2001) Meng et al. (2007) 王荟等. (2003) Wang et al. (2006) Cao et al. (2005) Hu et al. (2002) Gao et al. (1996) Takami et al. (2006) Cao et al. (2005) Cao et al. (2005)
❖ 按粒径大小分： ❖ 环境部门 ❖ 大气科学（云降水物理）
气溶胶分类：
▪ 按粒径的大小（环境部门）：
❖ ①总悬浮颗粒物(TSP)：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到 的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。 Dp(粒径)在100m以 下，其中多数在10 m以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。
16
气溶胶的表面性质
❖ 相关概念 一次气溶胶：由排放源直接排放到大气中的颗粒物。 二次气溶胶：通过与气体组分的化学反应生成的颗粒物。 均质气溶胶：所有颗粒物的化学组成相同。 单谱气溶胶：所有的颗粒物粒径大小相同。 多谱气溶胶：多种粒径大小的颗粒物。
大气气溶胶的浓度表示方法
•数浓度：个/cm3 •表面积浓度：μm2. cm-3 •体积浓度： μm3. cm-3 •质量浓度： mg. m-3; μg. m-3
按大气科学分为
❖爱根核（爱根核模）： Dp <0.05μm ❖大核（积聚模）： 0.05μm <Dp<2 μm ❖巨核（粗模）： Dp>2μm
❖粗粒子>2μm ;细粒子<2μm
大气颗粒物的粒度分布及表面性质
大气颗粒物的粒度有三个模：即爱根核模、积聚模和粗粒 模（Whitby 1978）。
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，二次气溶胶粒子。
按体积或质量分布出现两个峰值，前一个峰约在0.5m处， 后一个峰约在10m处，这两个峰是两种不同的气溶胶形成过程所 造成的。
表面积分布曲线在0.25m处有一峰值。
6
粒径：
1.光学等效直径：与直径为Dp的球形粒子具有相同的光散色 能力的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的光学等效直径 。粒子的光散射能力与光波波长有关，一般以0.55微米绿光 作为标准 2.体积等效直径或几何直径：与直径Dp球形粒子具有相同体 积的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的体积等效直径。 3.空气动力学等效直径：与直径Dp且密度为1g.cm-3的球形 粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义Dp为所研 究粒子的等效空动力学直径。 各种等效直径描绘的不是单个粒子的粒径，二是粒子群的统 计特征。
❖ ⑤细粒子：能悬浮在空气中，空气动力学直径≤ 2.5 μm的所有粒子， 记为：PM2.5
中国环境空气质量标准中PM10（ Dp≤10 μm ）的相关标准
浓度限值（mg/m3） 取值时间
一级标准 二级标准 三级标准
年均值
0.04
0.10
0.15
日均值
0.05
0.15
0.25
美国环保局1997年提出、2003年通过了PM2.5国家环境空气质量 标准，规定PM2.5的年均浓度和日均浓度限值分别为15和65 μg/m3。
气溶胶的来源
大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为 自然源和人为源。
自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风 蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾 等。
人为源主要来自化石燃料燃烧、工农业生产活 动等；人为排放气态污染物在一定条件下的气 －粒转化过程也是大气气溶胶的一个重要来源。
气溶胶的去除（汇）
不同地区PM2.5的平均质量浓度（Βιβλιοθήκη g/m3）地点观测时间
质量浓度
参考文献
北京 北京 太原 南京 上海 广州 青岛 厦门 大连 香港 珠海
1999.7-2000.9夏季 1999.7-2000.9冬季 2005.12 2001 2003.9-2005.1 2002.1-2 1997-2000 1993 2002 2002.1-2 2002.1-2
❖ ②飘尘： Dp ＜10m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟 气、雾等。
❖ ③降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在TSP中直径大于30 μm 的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物称为降 尘。
❖ ④可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际 标准化组织(ISO)建议将其定为Dp≤10 μm。记为：PM10
气溶胶分类：
❖ 按颗粒物成因分: 分散性气溶胶：指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，如海浪 分溅、农药喷洒等。
凝聚性气溶胶：由气体或蒸汽遇冷凝聚成液态或 固态微粒而形成的气溶胶。
气溶胶分类：
❖ 按颗粒物的物理(凝聚)状态分: 固态气溶胶：烟、尘 液态气溶胶：雾 固液混合态气溶胶：霾、烟雾