气溶胶分布以及成核作用.ppt

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1、关于气溶胶分布及成核作用第一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月目录目录气溶胶的粒径分布 1大气气溶胶谱分布函数的经验描述2气溶胶粒子的三模态及其特性3气溶胶粒子的成核作用4第二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月气溶胶的定义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。第三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月大气颗粒物的粒度分布大气颗粒物的粒度分布等效直径光学等效直径 Diagram 3Diagram 4体积等效直径或几何直径 空气动力学等效直径

2、 第四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月空气动力学直径（空气动力学直径（D Dp p）式中：Dg几何直径 p忽略了浮力效应的粒密度 0参考密度（0=1g/cm3）K形状系数，当粒子为球状时，K=1.0从上式可见，对于球状粒子，p对Dp是有影响的。当p较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大气粒子满足p10，因此Dp和 Dg的差值因子必定小于3。第五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月大气气溶胶谱分布函数的经验描述大气气溶胶谱分布函数的经验描述123对数正态分布 幂指数定律 修正的谱分布第六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月对数正态分布对数正态分布第七张，PPT共二十五页，创作

3、于2022年6月典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布第八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月幂指数定律幂指数定律 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。第九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月修正的修正的谱分布谱分布 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，谱分布很繁琐 Deirmendjian于1969年

4、提出用修正的谱分布，近似描述环境大气气溶胶数谱分布：第十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月气溶胶粒子的三模态及其特性气溶胶粒子的三模态及其特性第十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月气溶胶粒子的三模态气溶胶粒子的三模态 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 第十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月三模态的主要形成和去除机制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 来源：爱根核膜的凝聚、蒸汽冷凝、凝聚、各种气体分子转化成的二次气溶

5、胶去除方式：不易被干、湿沉降出去，主要通过扩散去除 来源：机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山灰和风砂等一次气溶胶粒子 去除方式：干沉降和雨水冲刷 第十三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月粗、细粒子之间的相互作用粗、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 第十四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月各模态粒子之间的相互作用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

6、聚模与粗膜之间均可忽略作用以及积聚模与粗膜之间均可忽略 第十五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月气溶胶粒子的成核作用气溶胶粒子的成核作用成核过程=物理过程+化学过程第十六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月均相成核均相成核-由气体分子形成新核由气体分子形成新核p均相成核：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个蒸气分子凝结成为分子团的过程p能量最低原理：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，新核才能稳定能量降

7、到最低，只有这样，新核才能稳定 第十七张，PPT共二十五页，创作于2022年6月胚芽初期形成的可能性胚芽初期形成的可能性当e（H2O蒸汽压）0。根据热力学原理，在等温、等压条件下，GT0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。未饱和状态当ees时，那么GT可能大于零，也可能小于零。初始阶段，随r的增加GT有所增大。当r=r*时，GT 达到最大GT*；当r继续增大时，GT反而减小。r*称为临界半径，这时胚芽称为临界胚芽 过饱和状态 第十八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月s s和和

8、RHRH与对与对r*r*的关系的关系 从图中可以看出，半径为从图中可以看出，半径为0.01um0.01um的小液滴要与环境达的小液滴要与环境达到不稳定的平衡，就需要相到不稳定的平衡，就需要相对湿度为对湿度为112.5%112.5%或过饱和度或过饱和度为为12.5%12.5%。而半径为。而半径为1.0um1.0um的的小液滴与环境达到不稳定平小液滴与环境达到不稳定平衡时，只要求衡时，只要求100.12%100.12%的相对的相对湿度或湿度或0.12%0.12%的过饱和度。的过饱和度。这就是为什么在大、小液这就是为什么在大、小液滴同时存在时，小液滴往往滴同时存在时，小液滴往往不易长大而易蒸发、消失

9、，不易长大而易蒸发、消失，但大液滴却不断长大的原因。但大液滴却不断长大的原因。S过饱和度RH相对湿度第十九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月气溶胶粒子的非均相成核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第二十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月新粒子生成新粒子生成 成核理论 水-硫酸均相成核 水-硫酸-氨均相成核低蒸汽压有机化合物均相成核 离子诱导成核 第二十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月颗粒物的生成和增长过程颗粒物的生成和增长过程第二十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月成核理论的原理及适用条件成核理论的原

10、理及适用条件低温、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第二十三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月l 新粒子发生时，核膜态粒子数新粒子发生时，核膜态粒子数 浓度急剧增加浓度急剧增加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l 随着时间的推移，颗粒物不断 长大，在夜晚停止生长并维持 稳定第二十四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月感谢大家观看第二十五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月2022/10/18