大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展.doc

大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展（全面版）资料 期 刘新罡等 ： 大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展 ， 布以 粗 粒 子 模 态 为 主 。 （ ） 在 测量城市气溶胶 的 质 量 谱 分 布 ， 各 物 种 在 相 对湿度下 的 （ 几 何 中 值 粒 径 ， 几 何 标 准 方 差 、有 机 碳 ， ） ） 分 别 为 硫 酸 盐 （ （ ） 、元素碳 （ ； 同 样 的， ， ， ） （ ） 在 公 园 测 量 的 硫 酸 盐 质 量 分 布 为 （ ， ） ，在 公园测量的硫酸盐质 。 在 模 型 中， 硫 酸 钠 量谱分 布 为 （ ， ） ） 、 硝酸 钠 、 硫 酸 氨 （ 等 的 （ 中值粒径 ， 几 何 标 准 方 差 ） 一 般 取 为 （ ）（ ， ） 。 而各个物 ， 种在各 个 相 对 湿 度 下 其 粒 径 的 增 长 又 是 可 以 由 ）给出的基于 （ 。 效应的经 验 拟 合 公 式 得 到 具 备 了 各 个 化 学 物 种 的干燥状态下谱分布 、 根据 的经验公式获得 纯化学 物 种 的 理 论 增 长 曲 线 及 相 应 的 折 射 指 数 ， ， 由 理 论 （ ） 就 可 以得到此化学物种在干 、 湿状态下的散射系数 。 对湿度影响 以 后 气 溶 胶 对 城 市 白 天 和 夜 间 温 度 效 应 ， 结果显 示 ： 考 虑 和 不 考 虑 相 对 湿 度 的 影 响 可 以使计算 得 到 的 大 气 增 温 率 偏 差 达 以 上。 但张立 盛 和 石 广 玉 （ ） 利 用 已 有 的 气 溶 胶 折 射指数资 料 ， 计 算 了 在 不 同 相 对 湿 度 条 件 下 的 硫 酸盐气溶 胶 全 球 辐 射 特 性 ， 结 果 与 以 往 的 研 究 结 果有一些 明 显 的 不 同 ， 即 考 虑 相 对 湿 度 的 影 响 后 全球平均 辐 射 强 迫 有 所 减 小 ， 其 根 本 原 因 在 于 随 着相对湿度的增加 ， 粒子的质量消光 效 率 在 减 小 ， 不对称因 子 有 所 增 大 ， 单 次 散 射 反 照 率 变 化 不 明 显 ， 因此其导致的整体效应是辐射强迫减小 。 研究的不足与未来研究展望 颗粒物的 吸 湿 性 质 是 联 系 气 溶 胶 微 物 理 、 化 学参数的 桥 梁 和 纽 带 之 一 ， 更 是 气 溶 胶 基 本 光 学 性质的重 要 参 数 之 一 ， 因 此 研 究 气 溶 胶 吸 湿 性 质 在整个大 气 气 溶 胶 科 学 研 究 中 处 于 基 础 地 位 ， 对 此问题的深 入 了 解 必 将 对 研 究 探 索 大 气 气 溶 胶 的 环境 、 气候 、 人体健康效应打下坚实的基础 。 国内外众多 学 者 从 实 验 室 、 外 场 观 测 、 数 值 模拟 个 角 度 来 研 究 气 溶 胶 散 射 吸 湿 增 长 因 子 ， 实验室研究 方 法 的 对 象 多 为 单 一 化 学 物 种 的 吸 湿 增长因子 随 相 对 湿 度 的 变 化 情 况 ， 仅 仅 有 少 数 学 者探讨 种 组 分 的 混 合 物 其 吸 湿 性 性 质 ， 但 在 实 际环境大 气 中 ， 单 一 化 学 物 种 是 很 难 存 在 的 。 但 实验室研 究 毕 竟 撇 开 了 复 杂 的 环 境 体 系 ， 使 问 题 简单化 ， 为处理更为复杂的问题 打 下 基 础 。 另 外 ， 实验室研 究 的 对 象 以 无 机 化 学 组 分 居 多 ， 尽 管 近 年来对有 机 碳 的 吸 湿 性 质 开 始 涉 足 ， 但 数 量 毕 竟 ， ， ， 有限 （ ； ） 。 外场观测方 法 直 接 面 对 的 是 环 境 大 气 中 的 各 种混和状 态 、 各 化 学 组 分 的 气 溶 胶 ， 对 于 研 究 气 溶胶吸湿性质的关键科学问题是一个很 好 的 途 径 。 使用浊度计并联 、 串联方法的技术关键在于 ： （ ） 加湿装置具有良好 的 稳 定 性 ； （ ） 颗 粒 物 吸 湿 后 碰并要尽量少 ； （ ） 测 量 腔 体 内 灯 源 加 热 作 用 尽 量小 。 上述外 场 实 验 中 的 个 不 利 影 响 应 将 在 数 据分析中 给 予 重 点 介 绍 。 另 外 ， 浊 度 计 的 串 联 、 并联观测 由 于 加 湿 装 置 的 限 制 ， 仅 仅 能 测 量 几 个 相对湿度 档 （ 例如 、 、 等 ） 下 的 气 ） （ ，（ ） ） （ ） ） （ ， （ 其中 ， 表示粒子直径 ， （ ） 表示粒子光 学参数 ， 是 粒 子 周 长 与 入 射 波 长 的 比 值 ； 表 示 、 时 的 粒子的折 射 指 数 ； 表 示 单 粒 子 给 定 散射效率 ； 表示粒子群的数浓度 。 ） 计算散射系数 的 吸 湿 增 长 最后 ， 由公式 （ 。 因子 种或者 种以上化学组分混和型大气气溶胶 的吸湿性粒径 增 长 要 比 纯 物 种 化 合 物 的 吸 湿 增 长 复杂的 多 ， 可 以 用 （ ） （ ， ） 方程 求 得 ， 经验公式的 计 算 结 果 往 往 和 实 验 结 果 吻 合 得 ， ， ） 。 很好 （ 另 外， （ ） 和 （ ） 用实际测量的环境颗粒物的数 谱 分 布 、 膜 采样法得到颗粒物化学物种 谱 分 布 、 实验室 测得的颗粒物 吸 湿 性 粒 径 增 长 因 子 ， 利 用 理 论得到环 境 大 气 的 消 光 系 数 ， 能 够 与 实 际 测 量 的 消光系数相匹配 ， 实现了消光系数的闭合实验 。 ） 和李 子 华 等 （ 李子华和徐晓萍 （ ） 根据在重 庆 的 实 测 气 溶 胶 资 料 ， 研 究 了 相 对 湿 度 对气溶胶粒子 短 波 辐 射 特 性 的 影 响 以 及 考 虑 了 相 气候与环境研究 卷 溶胶散射 系 数 吸 湿 增 长 因 子 ， 然 后 根 据 经 验 关 系 式进行内 插 、 外 推 的 方 式 得 到 不 同 相 对 湿 度 下 的 增长因子 。 在 外 场 实 验 中 ， 采 用 双 电 迁 移 性 颗 粒 物吸 湿 粒 径 分 析 仪 研 究 颗 粒 物 吸 湿 性 粒径增长 ， 其 能 够 监 测 的 粒 径 在 亚 微 米 级 ， 而 且 同样存在 相 对 湿 度 档 数 较 少 ， 需 采 用 经 验 关 系 式 内插 、 外推的问题 。 数值模拟的 方 法 一 般 是 假 设 了 各 化 学 组 分 的 粒径谱分 布 ， 由 其 实 验 室 测 量 得 到 的 粒 径 吸 湿 增 长因子 ， 通过 散 射 理 论 得 到 不 同 相 对 湿 度 下 的气溶胶 散 射 系 数 ， 进 而 得 到 不 同 相 对 湿 度 的 颗 粒物吸湿 增 长 因 子 。 所 得 数 值 的 准 确 性 依 赖 于 对 颗粒物粒径数谱分布认识的水平 。 与众多的 国 外 研 究 颗 粒 物 吸 湿 性 相 比 较 ， 国 内在此方面的研究 ， 仅仅在北京郊 区 、 上 海 郊 区 、 广州进行 了 观 测 研 究 ， 很 少 在 污 染 较 重 的 市 区 进 行系统的 研 究 ， 整 体 上 看 研 究 数 量 偏 少 ； 在 研 究 方法上 ， 也 比 较 单 一 ， 仅 仅 涉 及 光 学 仪 器 的 观 测 及基于观 测 的 数 值 模 拟 。 而 且 ， 现 有 的 研 究 成 果 与正确认 识 大 气 能 见 度 衰 减 成 因 、 保 护 人 群 健 康 的迫切需 求 还 有 一 段 距 离 ， 这 也 与 目 前 国 内 较 重 的空气污 染 ， 国 家 对 大 气 污 染 进 行 调 控 的 迫 切 性 不相适应 ， 因 此 ， 在 国 内 广 泛 开 展 气 溶 胶 吸 湿 性 质的研究具有必要性和紧迫性 。 为此 ， 我们提出如下研究建议 ： （ ） 必须 开 展 大 气 中 常 见 化 学 物 种 及 其 混 合 物的水溶 性 增 长 机 制 实 验 室 基 础 理 论 研 究 ， 定 量 研究亲水 性 化 合 物 的 吸 湿 能 力 及 亲 水 性 、 憎 水 性 化合物混合状 态 对 颗 粒 物 水 溶 性 质 及 光 学 性 质 的 影响 。 （ ）尽 快 开 展 基 于 大 气 能 见 度、 辐 射 强 迫、 环境健康影响 与 成 因 控 制 的 气 溶 胶 吸 湿 性 外 场 观 测研究 ， 为政 府 实 行 动 态 调 控 的 环 保 措 施 提 供 科 学支撑 。 开展 气 溶 胶 吸 湿 性 质 的 立 体 监 测 及 其 对 我国区域 和 全 球 气 候 变 化 影 响 的 研 究 ， 为 制 定 我 国可持续发展战略提供科技支撑 。 （ ） 基于 大 气 化 学 组 分 的 气 溶 胶 吸 湿 性 质 闭 合试验 ， 建立 地 基 国 家 大 气 物 理 颗 粒 物 化 学 组 分 大 气 能 见 度 大 气 辐 射 强 迫 综 合 监 测 网， 对 颗粒物进 行 长 期 稳 定 的 物 理 、 化 学 光 学 特 性 的 观 测 ， 强化地面立体观测与数值同化研究的接合 。 ， ， ， ： ， ： ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， ） ， ： （ ， ， （ ， ） ： ， ， ： ） 参考文献 （ ， ： ， ， ） （ ， ） ： （ ， ， ） ： （ ，： ， ， ， ： 程雅芳 珠江三角洲新垦地区气溶胶的辐射特性 基于观测 的模型研究 北京大学 博 士 论 文 ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ： ， ： ， 期 刘新罡等 ： 大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展 ， ： ， ， ， ： ， ， ， ： ， ， ： ， ， ： ， ， ， ， ） ： （ ， ， ， ： ， ： ， ： ， ， ： ， ， ， ： ， ， ， ） ： （ 刘长盛 ， 刘文保 大 气 辐 射 学 南 京 ： 南 京 大 学 出 版 ， 社， ） ： （ ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ： 李 子华 ， 涂晓萍 考虑湿度影响的城市气溶胶夜晚温度效应 ： ， 大 气 科 学 ， （ ） ） ， ） ： （ （ 李 子华 ， 杨军 ， 黄世鸿 考虑湿度影响的城市气溶胶粒子的 ） ： ， 白天温度效应 大气科学 ， （ ） ， ） ： （ （ ， ， ） ： （ ， ， ， ，