外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

遥感气象多源观测的一次雾霾事件分析

由于气溶胶的不确定性、复杂性等特点,因此对霾天气的多角度综合分析具有重要意义.本文利用地基、遥感卫星及星载激光雷达3种手段共同观测大气气溶胶在水平及垂直方向上的状态,结合气象因素分析雾霾天气的演变和成因,并利用HYSPLIT模型追踪大气污染物输送及扩散轨迹,最后根据气溶胶成分确定污染物类型.对北京市2013年10月27~29日的一次空气重污染过程进行分析,结果表明:此次大气污染以城市近地面输送为主,主要成分为硫酸盐气溶胶,主要类型为"污染型"气溶胶.最初气溶胶颗粒物主要分布在距地面5km以下的低空区域且垂直分布较均匀,以规则球形细粒子为主;而后随着时间的发展气溶胶粒径吸湿增大,粗粒子增多,垂直剖面明显分层;受静稳天气控制,主要集中降沉至地面,最后由于降雨致使污染程度得以缓解.     

机动车颗粒物数排放因子和特征

为了对现实环境中机动车颗粒物数排放因子及其排放特征进行研究, 在丹麦哥本哈根市高速公路和城区分别设立了交通站点和背景站点, 经过长期观测计算得到交通源排放的贡献, 并结合机动车数据估算了颗粒物数浓度排放因子。结果表明, 在高速公路和城区平均车流的颗粒物数排放因子分别是(215.4±5.3)×10¹² km^-1和(187.1±3.1)×10¹² km^-1。重型车和轻型车颗粒物数的排放因子都是在城区较高, 重型车颗粒物数的排放因子大约是轻型车颗粒物数排放因子的20倍左右。 机动车排放颗粒物数谱具有双峰特征, 峰值因观测地点的不同而变化, 高速公路边的峰值在10 nm左右, 城区的峰值在20~30 nm之间, 高速公路和城区都出现50~80 nm的第二峰值。颗粒物数排放因子主要由粒径小于100 nm的颗粒物数决定。轻型车和重型车的颗粒物数排放因子对机动车数量和类型有一定的依赖性, 观测地点和环境等因素也会造成现实环境中机动车颗粒物数排放因子研究结果的不确定性。     

贝塞尔光镊颗粒物观测系统的设计研究

搭建贝塞尔光镊颗粒物观测系统。通过圆锥透镜产生贝塞尔光,利用贝塞尔光施加的光压力和反向气流施加的阻力,稳定地悬浮气溶胶颗粒物。结合弹性光散射信号,实现对气溶胶单颗粒粒径和折射率的测量。该系统还可用于研究不同环境条件下气溶胶的吸湿性、挥发性以及折射率等物理化学性质。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据,通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系,利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计,并进行湿度订正;通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系,进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明,卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86(PM2.5)和0.59~0.78(PM10),估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34μg/m3(PM2.5)和24.64~91.64μg/m3(PM10),表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品,因其更高的空间分辨率,更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

永兴岛海洋气溶胶粒子谱反演研究

地基遥感方法可以直接得到大气气溶胶的辐射特性,用于气溶胶粒子谱分布特征的研究。利用ASD地物光谱仪在永兴岛海洋站楼顶获取的太阳辐射实测数据,应用蒙特卡罗方法随机生成气溶胶4种组分比例近似求解消光方程来反演气溶胶粒子谱。结果表明,实验期间永兴岛气溶胶各组分比例与标准辐射大气模型中的海洋型气溶胶相似;体积谱为双峰分布,2个主峰分别位于0.01~0.1μm和1~10μm;数浓度谱为单峰分布,主峰位于0.001~0.01μm;数浓度和体积浓度变化规律与海水扰动、粒子的干湿沉降过程有关,与浑浊度指数相关性达98%以上,可用来表征大气浑浊程度。     

典型海滨城市与海洋气溶胶中水溶性离子的粒径分布

为研究厦门地区不同粒径颗粒物中水溶性离子的来源及海洋气溶胶对海滨城市大气颗粒物的影响,利用8级大流量MOUDI碰撞采样器分不同季节在厦门大学海洋楼及台湾海峡采集了气溶胶分级样品,并用离子色谱方法对气溶胶中的水溶性离子进行了分析.结果表明:城市点大气气溶胶中水溶性离子总质量浓度表现为春季最高(60.38μg/m~3)、夏季最低(8.76μg/m~3)、秋冬季介于两者之间的季节特征;而海洋气溶胶中水溶性离子质量浓度的季节差异较小(30.77~35.13μg/m~3).城市气溶胶中SO_4~(2-)和NH_4~+呈单模态分布,峰值粒径为0.44~1.0μm;NO_3~-呈双模态分布,峰值粒径分别为2.5~10.0μm和0.44~1.0μm.海洋气溶胶中NH_4~+和SO_4~(2-)的粒径分布规律与城市气溶胶类似,但NO_3~-在细模态(0.44~1.0μm)没有出现峰值,Cl~-和Na~+在大于16μm的粒径段有非常高的浓度,说明海浪飞沫的影响较大,在粗模态中的比例也明显高于城市气溶胶.干沉降速率为颗粒物大小的函数,其中在0.1μm左右的颗粒干沉降速率最小;通过干沉降速率和它们的浓度分布来计算无机氮(NO_3~-和NH_4~+)的沉降通量,估算得到远海颗粒态无机氮的干沉降通量明显超过近海(秋季NH_4~+除外).     

一种快速测量高粒径分辨率气溶胶活化率曲线的方法

基于扫描粒径的原理, 介绍了测量高粒径分辨率气溶胶活化率曲线的方法。给出了改进的数据反演算法, 能较好地反演出气溶胶和云凝结核的数浓度谱分布, 以及气溶胶分档活化率。在大气气溶胶的外场观测中对该方法进行了检验。     

人工气候室内呼出气溶胶颗粒物分布的实验研究

实验研究了全尺寸人工气候室内,置换通风条件下,人体呼出气溶胶颗粒物在室内竖直、水平方向的分布以及人员暴露情况.采用一套气溶胶发生系统产生近似人体呼出粒径范围的多分散颗粒物,采用高精度的气溶胶光谱仪测量室内颗粒物的分布,采用一个具有呼吸功能的暖体假人以及一个自行研制的暖体假人来模拟真实人体.结果发现,在距离发生源较近的位置,颗粒物在呼吸区高度有"自锁现象"发生;而在远离发生源的位置,颗粒物沿高度方向呈现下低上高的两区分布.人体对颗粒物的暴露量与人体距离发生源的位置有关,人体周围上升的热羽流有助于减小人体对颗粒物的暴露量.     

运用单颗粒气溶胶质谱技术研究上海大气重金属(Zn,Cu)污染

使用气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)对2007年的8月(夏季)和2008年2~3月(冬季)上海大气中的含重金属Zn,Cu颗粒物进行分析.结果表明:冬季的重金属污染比夏季严重,在单位时间内冬季观测到的含铜颗粒物数目是夏季的2倍,夏季没有观测到含锌颗粒物,冬季观测到大量的含锌颗粒物.运用自适应共振理论神经网络算法(ART-2a)对含重金属颗粒物数据进行了质谱分类分析.结果表明,含重金属颗粒物的化学成分都包括大量的有机碳、硫酸盐、硝酸盐和元素碳.夏季含铜颗粒物中同时含有氯.部分颗粒含有两种或多种重金属元素如Pb和Cu,或Pb和Zn和Mn,或Cu和V等.从粒径特征上来看,粒径最小的是含有元素碳的颗粒物,粒径分布最大值在0.4μm,其次是含有有机碳-硫酸盐,硝酸盐,氯的颗粒物,粒径分布最大值在0.5~0.6μm.粒径较大的是多种金属组合的颗粒物,最大值在1μm左右.根据单颗粒质谱特征对含重金属颗粒物进行了源解析:夏季ATOFMS采集的含重金属颗粒物主要来自垃圾焚烧和重油燃烧;冬季ATOFMS采集的含重金属颗粒物主要来自垃圾焚烧和煤炭燃烧以及金属冶炼.     

南宁地区一次典型灰霾过程气溶胶光学特性的地基观测

基于太阳辐射光度计和微脉冲激光雷达,对南宁地区2014年10月发生的1次典型灰霾天气进行了连续观测.气溶胶光学厚度(AOD)在灰霾污染事件期间(1.23±0.19,440nm波段)显著上升,是消散期(0.57±0.14)及发生发展期(0.98±0.25)的2.2倍和1.3倍.灰霾期间同步上升的ngstrm指数表明细颗粒物的消光贡献上升.灰霾天气期间气溶胶粒径谱均呈现双峰分布,严重灰霾期间的细模态体积浓度峰值(0.23μm3/μm2)高于发生发展阶段(0.15μm3/μm2)和消散阶段(0.08μm3/μm2),表明灰霾气溶胶中细颗粒物占主导.激光雷达反演得到灰霾发生发展期、严重期、消散期的日平均边界层高度分别为430±105,375±97m和710±240m,对应近地消光系数分别为0.14,0.27km-1和0.05km-1.严重灰霾期间的最大消光系数出现在凌晨(0.36km-1),对应较差的污染物扩散(气象)条件以及近地面颗粒物的累积.     

某铅锌冶炼厂开放源颗粒物及重金属粒径分布特征

为掌握铅锌冶炼厂开放源重金属粒径分布特征,采用安德森撞击式分级采样器采集铅锌冶炼厂典型工艺段开放源不同粒径大气颗粒物样品,利用火焰原子吸收分光光度法测定不同粒径颗粒物上Pb、Zn、Fe和Cr的含量并分析其分布特征。结果表明:各工艺开放源颗粒物中TSP的排放量为459.00~1835.88 g·h-1;重金属元素Pb、Zn、Fe、Cr的排放量分别是19.80~273.61 g·h-1、23.13~156.18 g·h-1、16.54~54.49 g·h-1、2.11~20.17 g·h-1;排放量最大工艺的为原料卸载点;不同工艺大气颗粒物粒径分布均呈双峰结构,其中除铸铅大气颗粒物峰值都出现在粗粒径范围以外,其他工艺段大气颗粒物在细粒子径段(0.43~0.65μm)和粗粒子径段(4.7~9.0μm)各出现一次峰值。各开放源重金属颗粒粒径频率密度分布图和累计频率分布图符合对数正态分布,铅、锌、铁和铬的几何平均粒径分别为2.60~8.50μm、2.60~7.30μm、3.90~8.50μm和0.55~4.30μm,开放源的重金属主要分布在粗粒子中。     

城市交叉路口车辆排放颗粒物浓度的时间相关性分析

【目的】研究大都市道路交叉口车辆尾气排放的颗粒物对大气质量的影响.【方法】在香港街谷一个典型的道路交叉口处,测量不同日期交通高峰时段内车辆排放的6种不同粒径(0.03~0.49μm,0.5~0.99μm,1~1.99μm,2~4.99μm,5~9.99μm,≥10μm)的颗粒物浓度,并通过自相关特性和功率谱分析对这些颗粒物浓度的时间相关性进行分析.【结果】粒径0.03~0.49μm颗粒物的相关性变化呈现多周期性.与此相反,粒径0.5~0.99μm,1~1.99μm和2~4.99μm颗粒物的相关性明显呈现出与交通红绿灯匹配的周期性,粒径5.0~9.99μm和≥10μm较大颗粒物的相关性较小.粒径较小颗粒物的长时间相关函数不趋于0表明存在长时持续作用.功率谱的分析进一步证实了这6种不同粒径的颗粒物浓度的周期性和长时持续性,特别是粒径0.03~0.49μm细微颗粒物,其功率谱呈现S(fk)~1fηk的标度关系,表明存在长时相关特性.【结论】城市道路交叉口车辆尾气排放的颗粒物对大气有较大的影响,6种不同粒径的颗粒物浓度显示出周期性和长时相关持续性。     

呼和浩特市施工扬尘排放因子和粒径分布

按照四维通量法模型要求的施工扬尘排放因子监测方案,2008-2009年对呼和浩特市9个建筑工地和5个背景点进行降尘监测,得出施工降尘量(ΔDF)年均值为31.7t/(km2.30d).采用微孔均匀沉积式碰撞采样器(MOUDI-110)分别采集施工现场大气和工地道路积尘(≤75μm)经实验室再悬浮后的颗粒物,结果表明,施工现场大气颗粒物粒径分布的峰值不确定,再悬浮颗粒物粒径分布呈双峰分布,峰值粒径范围在3.2-5.6μm和10-18μm,PM2.5:PM10:TSP=0.21:0.53:1,施工扬尘是PM2.5的来源之一.呼市施工扬尘PM10排放因子(以建设用地面积表示)为0.133kg/(m2.30d),是美国CARB排放因子的1.42倍,春夏秋冬4季排放因子的比值为1:0.76:0.38:0.36.2006年呼市建筑施工扬尘PM10排放量为2595 t/a.     

大气颗粒物PM2.5的消光特性研究

基于Mie散射理论,对大气颗粒物PM2.5的消光特性进行了研究,建立了混合颗粒系统消光系数的理论及等效计算方法.计算表明,不像大颗粒,PM2.5单颗粒的消光效率因子强烈地依赖于折射率和粒径;多颗粒的消光系数随粒度增加而增大,在强吸收时,也随分布宽度增加而增大;其随波长的变化与折射率、分布有关,往往是非单调的,而对混合的颗粒系统,还与混合比有关.分析表明,我们提出的消光系数的理论及等效计算方法也为实际大气颗粒物的光学特性研究提供了一个新的研究手段.     

应用积分浑浊度仪研究兰州城市冬季大气气溶胶

利用积分浑浊度仪监测得到的散射系数和多波段光度计观测资料分析了兰州冬季大气气溶胶的一个个例的散射光学特征.用散射系数计算了后向散射比、不对称因子、单次反照率、波长指数等重要的辐射参数,为气溶胶辐射强迫研究以及气溶胶辐射强迫参数化方案提供了基础资料.在此基础上建立了一种适合利用散射系数反演气溶胶细微粒子谱分布的方法.     

济南市春季大气颗粒物的谱分布特征

2011年5月在济南市监测粒径范围为3nm~10μm大气颗粒物的谱分布特征,其数浓度呈现为典型的单峰型谱分布,表面积谱呈双峰型分布,而体积谱则呈多峰分布.从各个模态对颗粒物总数浓度、表面积浓度和体积浓度的贡献来看,爱根核模态粒子对总数浓度贡献最大,积聚模态粒子对总表面积浓度和总体积浓度贡献最大,表明济南市大气细粒子污染严重.各个模态颗粒物数浓度的日变化特征明显,是污染源和气象因子联合作用的结果.通过对各个模态颗粒物数浓度与其它因子(PM10、PM1、能见度、SO2和NO2)的相关性分析得出,提升能见度的关键是降低积聚模态颗粒物的浓度.风速对各个模态颗粒物数浓度的作用不同,核模态和爱根核模态颗粒物数浓度的变化趋势与风速一致,而积聚模态和粗粒子模态颗粒物的数浓度与风速的关系较为复杂.     

超细颗粒物超声波团聚的影响因素

搭建了声波团聚模拟试验台架,选取中高声强的超声波作为声源,以燃烧产生的气溶胶模拟发动机的排气颗粒,利用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪测量了初始颗粒物参数以及团聚时间对声波团聚效率的影响.结果表明:该试验条件下,频率20kHz的声波对粒径10~487nm的颗粒具有团聚作用;声波作用时间延长,颗粒团聚效率提高,18s是该研究条件下比较理想的团聚时间;初始颗粒物浓度峰值对应的粒径越大,声波团聚效率越高,最高团聚效率能达到82.4%;初始颗粒数浓度越高,声波团聚效率越高,最高团聚效率在初始颗粒物峰值浓度粒径附近取得.     

国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器（TWC）前、TWC后、汽油机颗粒捕集器（GPF）后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23 nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核?壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10 nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式, TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。