大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展.doc

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大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展（全面版）资料６期Ｎｏ．６刘新罡等：大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展，ｅＬＩＵ　Ｘｉｎａｎｔａｌ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｅｒｏｓｏｌＨｒｏｓｃｏｉｃＰｒｏｅｒｔｉｅｓａｔＨｏｍｅａｎｄＡｂｒｏａｄ　　　　　　　　　　　ｇｇｙｇｐｐ８１３布以粗粒子模态为主。Ｓｌｏａｎｅ（１９８６）在Ｄｅｔｒｏｉｔ测量城市气溶胶的质量谱分布，各物种在５相９％对湿度下的（几何中值粒径Ｄｇ，几何标准方差、有机碳ｌｎ０．４９，０．７３） σ ｇ）分别为硫酸盐（（）、元素碳（；同样的，０．２９，０．８４０．３１，０．７３）ＭａｌｍａｎｄＫｒｅｉｄｅｎｗｅｉｓ（１９９７）在ＧｒａｎｄＣａｎｏｎ　　　ｙ公园测量的硫酸盐质量分布为（０．３５，），在Ｓ０．５７ｈｅｎａｎｄｏａｈ公园测量的硫酸盐质。在模型中，硫酸钠量谱分布为（０．５２，０．５２）ＮａＳＯａＮＯＮＨ４）Ｏ２４、硝酸钠Ｎ３、硫酸氨（２Ｓ４等的（中值粒径Ｄｇ，几何标准方差ｌｎ σ ｇ）一般取为（）（，）。而各个物０．３～０．６，０．４～０．７Ｔａｎ１９９７ｇ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ＫＴａｎａｎｄＭｕｎｋｅｌｗｉｔｚ（１９９４ｅｌｖｉｎ　ｇ　。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Ｔａｎｇ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Ｍｉｅ理论（ＢｏｈｒｅｎａｎｄＨｕｆｆｍａｎ１９８３）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１．０Ｋ以上。但张立盛和石广玉（２００２）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。４　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３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２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，１，ｅ，有限（Ｓａｘｅｎａｅｔａｌ．９９５；Ｐｒｅｎｎｉｔａｌ．　　　）。２００３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：（１）加湿装置具有良好的稳定性；（２）颗粒物吸湿后碰并要尽量少；（３）测量腔体内灯源加热作用尽量小。上述外场实验中的３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８０％、７０％、６０％等）下的气 σ ＲＨ＝ ∫ ０２　／）（，（）Ｄ２Ｑｓｎ）Ｎ（Ｄ）ｄＤ）５ π（ α，ｃａ（／其中，Ｄ表示粒子直径，＝Ｄ α（ π λ）表示粒子光学参数，是粒子周长与入射波长的比值；ｎ表示、ｎ时的粒子的折射指数；Ｑｓｃａ表示单粒子给定α 散射效率；Ｎ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（１。因子２种或者２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ＺＳＲ（ＺｄａｎｏｖｓｋｉｉＳｔｏｋｅｓｏｂ－－Ｒ－）（，）方程求得ｉｎｓｏｎＳｔｏｋｅｓａｎｄＲｏｂｉｎｓｏｎ１９６６，　　ＺＳＲ经验公式的计算结果往往和实验结果吻合得，，）。很好（Ｎｅｓｓｌｅｒ２００５ａ２００５ｂ另外，Ｗａｎｅｔａｌ．（２００２）和Ｌｉｕｅｔａｌ．　　　ｇ　（）用实际测量的环境颗粒物的数谱分布、膜２００９采样法得到颗粒物化学物种谱分布、Ｔａｎｇ实验室测得的颗粒物吸湿性粒径增长因子，利用Ｍｉｅ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（１９９６２０００）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８１４气　候　与　环　境　研　究ＣｌｉｍａｔｉｃａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ　　　１５卷Ｖｏｌ．１５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Ｈ－ＴＤＭＡ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Ｍｉｅ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１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、２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３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。ＡｃｋｅｒｍａｎＡＳ，ＴｏｏｎＯＢ，ＳｔｅｖｅｎｓＤＥ．２０００．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｒｏｉ　　　　　　　　－ｐ］，ｃａｌｃｌｏｕｄｉｎｅｓｓｂｓｏｏｔ［Ｊ．Ｓｃｉｅｎｃｅ２８８：１０４２１０４７．　　－ｙ　ＢｏｈｒｅｎＣＦ，ＨｕｆｆｍａｎＤＲ．１９８３．ＡｂｓｏｒｔｉｏｎａｎｄＳｃａｔｔｅｒｉｎｏｆ　　　　　　ｐｇ　ＬｉｈｔｂＳｍａｌｌＰａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ　ＷｉｌｅａｎｄＳｏｎｓ　　　ｙｙｇ　　，Ｉｎｃ．８２１２９．－，ＯＣａｒｒｉｃｏＣ　Ｍ，ＲｏｏｄＭＪｒｅｎＪＡ，ｅｔａｌ．２０００．Ａｅｒｏｓｏｌｏｔｉｃａｌ　　　　　　　ｇｐ，］，ａｔＳａｒｅｓＰｏｒｔｕａｌｄｕｒｉｎＡＣＥ２［Ｊ．Ｔｅｌｌｕｓ５２Ｂ：ｒｏｅｒｔｉｅｓ　　　－ｇｇｇｐｐ　６９４７１５．－ＣａｒｒｉｃｏｏｌｌｕＣ　Ｍ，ＫｕｓＰ，ＲｏｏｄＭＪ．ｅｔａｌ．２００３．Ｍｉｘｔｕｒｅｓｏｆ　　　　　　　－ｐ，，：ｔｉｏｎ，ｄｕｓｔｓｅａｓａｌｔａｎｄｖｏｌｃａｎｉｃａｅｒｏｓｏｌｄｕｒｉｎＡＣＥ－ＡｓｉａＲａｄｉ　　　　－ｇ　］ｒｏｅｒｔｉｅｓａｔｉｖｅａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔＪ．Ｊ．Ｇｅｏ　　　　　　　－ｐｐｙ［，），：／ｈｓ．Ｒｅｓ．１０８（Ｄ２３ｄｏｉ１０．１０２９２００３ＪＤ００３４０５．ｐｙＣＫ，ＦｌａａｎＲ　Ｈ，ＳｅｉｎｆｅｌｄＪＨ．１９９２．ＷａｔｅｒａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＣｈａｎ　　　　　　　ｇ（，２ＮＨ４）ＳＯｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ａｔｍｏｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．６：ＮＨ４ＮＯ３－２４ｓ１６６１１６７３．－ＣｈａｎＣＫ，ＬｉａｎＺ，ＺｈｅｎＪ．ｅｔａｌ．１９９７．Ｔｈｅｒｍｏｄｎａｍｉｃｒｏｅｒ　　　　－ｇｇｙｐｐ　　：Ｉ 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