大气气溶胶来源与化学特征.pdf

1&2.大气气溶胶的来源与化学特征大气气溶胶的来源与化学特征大气气溶胶的来源大气气溶胶的来源大气气溶胶化学组成及其特征大气气溶胶化学组成及其特征大气气溶胶源解析方法大气气溶胶源解析方法一、大气气溶胶的来源一、大气气溶胶的来源?主要来源产生过程主要来源产生过程地表起尘，洋面注入，火山喷发，生物过程，燃料燃烧,气粒转换。地表起尘，洋面注入，火山喷发，生物过程，燃料燃烧,气粒转换。?全球产生率全球产生率?不同来源尺度分布特征不同来源尺度分布特征黑碳黑碳有机烃类有机烃类氧化氧化核化酮类,NOx,SO2,NH3氧化氧化H2SO4,HNO3,Organic aerosol沙尘沙尘浮游植物二甲硫醚H2SO4SO-24氧化氧化海盐海盐有机碳元素碳有机碳元素碳一、大气气溶胶的来源一、大气气溶胶的来源光化学反应燃烧作用凝结等光化学反应燃烧作用凝结等?地表直接注入地表直接注入?大气核化、气粒转换大气核化、气粒转换火山喷发，土壤风蚀，飓风，花粉，生物腐烂等。火山喷发，土壤风蚀，飓风，花粉，生物腐烂等。人类活动相关性？自然源，人为源人类活动相关性？自然源，人为源海盐、土壤扬尘、林火烟粒、陨星余烬、植物花粉、火山气溶胶、生物有机质。工业过程、燃料燃烧、固废处理、交通运输、核弹爆炸、人工播云、秸秆燃烧气溶胶。海盐、土壤扬尘、林火烟粒、陨星余烬、植物花粉、火山气溶胶、生物有机质。工业过程、燃料燃烧、固废处理、交通运输、核弹爆炸、人工播云、秸秆燃烧气溶胶。1、一次气溶胶 1、一次气溶胶 自然源 2、二次气溶胶 自然源 2、二次气溶胶 3、一次气溶胶 3、一次气溶胶 人为源 4、二次气溶胶 人为源 4、二次气溶胶 2013.3.5日上午，甘肃张掖山丹马场出现约20m高的“风沙墙”。2013.3.5日上午，甘肃张掖山丹马场出现约20m高的“风沙墙”。?地表起尘地表起尘1、主要来源产生过程1、主要来源产生过程3宁夏内蒙哈尔滨济南吐鲁番连云港北京沙尘形成的三个基本条件沙尘形成的三个基本条件1.沙尘源物质条件2.大风动力条件3.不稳定层结热力条件1.沙尘源物质条件2.大风动力条件3.不稳定层结热力条件我国沙尘天气空间分布我国沙尘天气空间分布80901001101201301402025303540455011020368090100110120130140202530354045501102050968090100110120130140202530354045501102050100208沙尘暴扬沙浮尘沙尘暴扬沙浮尘1m1m4风沙运动风沙运动宏观微观细观宏观微观细观易起沙粘性大不易起沙颗粒大不易被吹起易起沙粘性大不易起沙颗粒大不易被吹起地表土壤微粒所受的地表土壤微粒所受的空气动力、重力和微粒之间的相空气动力、重力和微粒之间的相互作用力互作用力随微粒尺度随微粒尺度d d的变化（邵亚平,2004）的变化（邵亚平,2004）1000 m1-10m 停留几天-几周，1m沙尘气溶胶重力沉降1km需要328天,10m气溶胶只需要3.6天。1-10m 停留几天-几周，1m沙尘气溶胶重力沉降1km需要328天,10m气溶胶只需要3.6天。?气泡膜滴、柱滴注入气泡膜滴、柱滴注入?洋面海盐洋面海盐注：膜滴为次微米尺度，个数随气泡尺度增大而增大，达每泡几百个。柱滴的尺度约为气泡直径的10%，可被射至气泡直径的100倍高度，柱滴形成率少于每泡10个。注：膜滴为次微米尺度，个数随气泡尺度增大而增大，达每泡几百个。柱滴的尺度约为气泡直径的10%，可被射至气泡直径的100倍高度，柱滴形成率少于每泡10个。_Atmospheric Science_an introductory survey,华莱士,2_Atmospheric Science_an introductory survey,华莱士,2ndnd.10005000 Tg/y96.8%水+3.2%海盐96.8%水+3.2%海盐1012g=百万吨百万吨1100.1110100film droplets(nf)/jet drops(nj)d(mm)Resch et al.,1990 Blanchard et al.,1988 Spiel,1998 Wu,2001 Resch et al.,1990 Blanchard et al.,1983 Levis et al.,2004单个气泡产生的膜滴、柱滴数与气泡直径的关系单个气泡产生的膜滴、柱滴数与气泡直径的关系:bbb/3b0.65jb1.47.5(0.52 5.0 mm;Resch 1990)7(0 3 mm;Blanchard 1983)10(Levis 2004)drrernere=等，等，柱滴n柱滴nj j5/3bb2bbf2bb2bb5(0.52 5.0 mm;Resch 1990)31.96(0.71 3.14 mm;Blanchard 1988)2.85(1.47 6.29 mm;Spiel 1998)0.96(0.4 9.0 m;Wu 2001)drrrnrrrr=等，等，膜滴膜滴nf?海浪泡滴注入（Spume drops）海浪泡滴注入（Spume drops）Sea spary(浪花浪花):Spume drops（海浪泡滴）（海浪泡滴）F Fisprayispray:液滴产生率(个:液滴产生率(个cmcm2 2s s1 1)。)。r ri：i：液滴半径间隔范围。液滴半径间隔范围。r ri i:环境湿度条件下液滴平均半径(0.8-10m)。|:环境湿度条件下液滴平均半径(0.8-10m)。|v vh h,10,10|:10m平均水平风速(20m|:10m平均水平风速(20ms s1 1)B=(0.38-log)B=(0.38-log1010r ri i)/0.65)/0.65()2spray3.411.051.193,101.3731 0.05710BeihiiiFvrrr=+9m/s浪花(浪花(Sea spary，Monahan et al.1986):):,101(0.810,20)hirmvms5浪花(浪花(Sea spary）Smith and Harrison,1998):):,101(1150,20)hirmvms9m/s海浪泡滴（海浪泡滴（Spume drops）ri:10 m,10,10,102.0862spume2.08242.0868010 m8.6 101075 m4.83 1075100 m4.83 10100 mhhhiviiiviiiviirerrFrerrerr=最后可得到厚度层为最后可得到厚度层为z、经过 h（s）时间、经过 h（s）时间、粒径段 i 中的海盐数浓度变化量粒径段 i 中的海盐数浓度变化量in：()sprayspumeiiiiiiFFrnhrrz=+?火山喷发火山喷发过去10000年来的活火山分布图（引自Textor,2004）过去10000年来的活火山分布图（引自Textor,2004）爆发时间 火山 位置 喷发量（Tg）1963-3-17 阿贡（Agung）8.4S,115.5E 16-30 1974-10-10 浮果（Fuego）14.5N,90.9E 3-6 1976-1-22 奥古斯丁St.Augustine）59.4N,153.4W 0.6 1979-4-17（La Sourfriere）13.3N,61.2W 0.0023 1979-11-13（Sierra Negra）0.8S,91.2W 0.16 1980-5-18 圣海伦斯（St.Helens）46.2N,122.2W 0.55 1980-10-7 巴布亚新几内亚（Ulawun）5.0S,151.3E 0.18 1981-4-27（Alaid）50.8N,155.5E 0.3 1981-5-15（Pagan）18.1N,145.8E 0.2 1982-4-4 厄尔奇琼（El Chichon）17.3N,93.2W 12 1985-11-13（Ruiz）4.9N,75.4W 0.56 1990-2-10（Kelut）7.9S,112.3E 0.18 1991-6-15 皮纳图博（Pinatubo）15.1N,120.4E 25-35 表 1963年来平流层主要的火山喷发量估计（引自Textor,2004）1012g=百万吨百万吨61970-2007年平流层气溶胶地面雷达观测资料时间序列（引自Terry，2008）1970-2007年平流层气溶胶地面雷达观测资料时间序列（引自Terry，2008）?球外陨星球外陨星?出现陨星的平均高度为95km，80km除因高速运动摩擦燃烧，很少一部分落至地面。出现陨星的平均高度为95km，80km除因高速运动摩擦燃烧，很少一部分落至地面。?陨星蒸汽凝成的烟粒在10陨星蒸汽凝成的烟粒在10-2-2-1m，直接进入高空的约1-10-1m，直接进入高空的约1-103 3m.m.?陨星尘可直接影响平流层气溶胶的性质，增强气溶胶浓度，减小平均质粒尺度，增加总的硫酸盐质量.陨星尘可直接影响平流层气溶胶的性质，增强气溶胶浓度，减小平均质粒尺度，增加总的硫酸盐质量.?生物过程生物过程植物体释放的：挥发性有机化合物（VOC）、种子、花粉、孢子，动物和植物体腐烂植物体释放的：挥发性有机化合物（VOC）、种子、花粉、孢子，动物和植物体腐烂碎片碎片等。（等。（1250 m）细菌，藻类，原生动物，真菌，病毒，（细菌，藻类，原生动物，真菌，病毒，（1m）花粉数浓度最大可达200 m花粉数浓度最大可达200 m-3-3,水体真菌孢子可达100,水体真菌孢子可达100400 m400 m-3-3;远洋细菌可达 0.5 m;远洋细菌可达 0.5 m-3-3;如，纽约市细菌浓度为 80;如，纽约市细菌浓度为 80800 m800 m-3-3;工厂污水处理释放的细菌大约为10;工厂污水处理释放的细菌大约为104 4m m-3-3.皮肤上的微生物：当你更换衣服时，每分钟有约10.皮肤上的微生物：当你更换衣服时，每分钟有约104 4个细菌进入空气中.个细菌进入空气中._Atmospheric Science_an introductory survey,华莱士,2nd.?生物质燃烧过程产生小的烟粒（主要是一次性有机化合物和元素碳）和飞灰直接注入到大气中。生物质燃烧过程产生小的烟粒（主要是一次性有机化合物和元素碳）和飞灰直接注入到大气中。?燃烧1公顷生物体能释放几百万克气溶胶粒子。据估计，每年因生物质燃烧向大气中注入的气溶胶多达54Tg，其中约6Tg的元素碳。森林火灾释放的气溶胶峰值半径为0.1m（有效的云凝结核）。燃烧1公顷生物体能释放几百万克气溶胶粒子。据估计，每年因生物质燃烧向大气中注入的气溶胶多达54Tg，其中约6Tg的元素碳。森林火灾释放的气溶胶峰值半径为0.1m（有效的云凝结核）。?燃料燃烧过程燃料燃烧过程?煤（C、H、N、S及金属化合物），碳粒、灰尘.煤（C、H、N、S及金属化合物），碳粒、灰尘.?化石燃料燃烧除了排放一部分飞灰、碳黑以外，大部分为有机热分解形成的低沸点蒸汽，凝结成烟炱、焦油、沥青、树脂等粒子。化石燃料燃烧除了排放一部分飞灰、碳黑以外，大部分为有机热分解形成的低沸点蒸汽，凝结成烟炱、焦油、沥青、树脂等粒子。?汽车尾气，pb和Br；Mn,Zn,Cr,Fe（汽车携带再悬浮）。汽车尾气，pb和Br；Mn,Zn,Cr,Fe（汽车携带再悬浮）。黑碳黑碳酮类,NOx,SO2,NH3金属元素金属元素?大于5m的大气气溶胶中，人类工业排放约占15%，各种燃料燃烧造成的气粒转换约占80%。城市地区（5m）的气粒转换占90%.大于5m的大气气溶胶中，人类工业排放约占15%，各种燃料燃烧造成的气粒转换约占80%。城市地区（5m）的气粒转换占90%.指大气中通过指大气中通过气体之间气体之间或或气体与液滴或固粒气体与液滴或固粒之间的相互作用，形成之间的相互作用，形成新的新的大气悬浮物的过程。大气悬浮物的过程。气粒转换（g-to-p conversion)气粒转换（g-to-p conversion)气体+气体液体固体气体+气体液体固体=气溶胶粒子=气溶胶粒子7大气中主要的气粒转化模式大气中主要的气粒转化模式硫酸盐：硫酸盐：?海洋和大陆性气溶胶中都有非海盐硫酸盐，海洋中的浮游植物产生的海洋和大陆性气溶胶中都有非海盐硫酸盐，海洋中的浮游植物产生的二甲基硫和大陆SO二甲基硫和大陆SO2 2是产生硫酸盐的主要前提物，大气中的硫酸盐主要来自后一种过程。是产生硫酸盐的主要前提物，大气中的硫酸盐主要来自后一种过程。?硫酸和硫酸盐主要分布在硫酸和硫酸盐主要分布在亚微米范围亚微米范围的颗粒物中，不易沉降，并可通过呼吸道进入人体肺部，对人体健康有明显影响。的颗粒物中，不易沉降，并可通过呼吸道进入人体肺部，对人体健康有明显影响。?此外还具有此外还具有较高的消光系数较高的消光系数，是影响城市能见度的最主要因素之一。，是影响城市能见度的最主要因素之一。硝酸盐：硝酸盐：?细粒子硝酸盐通常来自硝酸和氨反应生成的硝酸铵，粗粒子硝酸盐主要来自粗粒子与硝酸的反应。大气中硝酸盐的一次排放很少，硝酸和硝酸盐是细粒子硝酸盐通常来自硝酸和氨反应生成的硝酸铵，粗粒子硝酸盐主要来自粗粒子与硝酸的反应。大气中硝酸盐的一次排放很少，硝酸和硝酸盐是光化学反应的典型产物光化学反应的典型产物。氮氧化物的光化学反应生成气态硝酸，气态硝酸在适当的条件下形成盐进入颗粒物，成为大气气溶胶粒子的重要组成部分。氮氧化物的光化学反应生成气态硝酸，气态硝酸在适当的条件下形成盐进入颗粒物，成为大气气溶胶粒子的重要组成部分。?沿海地区大气中，它是大气中的气态硝酸被氨气中和的产物。在污染城市大气中，硝酸和硝酸盐是非常重要的污染组分，他们沿海地区大气中，它是大气中的气态硝酸被氨气中和的产物。在污染城市大气中，硝酸和硝酸盐是非常重要的污染组分，他们是大气中氮是大气中氮氧化物的最后氧化形式氧化物的最后氧化形式，是光化学反应的产物是光化学反应的产物。铵盐：铵盐：?氨是大气中氨是大气中唯一碱性的气体唯一碱性的气体，主要来自动植物活动排放、动植物尸体腐烂、土壤微生物排放等天气过程。工业过程也会排放出氨，但仅占全部自然排放源的1/10。，主要来自动植物活动排放、动植物尸体腐烂、土壤微生物排放等天气过程。工业过程也会排放出氨，但仅占全部自然排放源的1/10。氨与硫酸、硝酸结合形成硫酸铵、硝酸铵，主要存在细粒子中氨与硫酸、硝酸结合形成硫酸铵、硝酸铵，主要存在细粒子中。?海盐粒子海盐粒子是大气颗粒物中Cl是大气颗粒物中Cl-的主要贡献者，海洋向大气排放的海盐主要为粗粒子。的主要贡献者，海洋向大气排放的海盐主要为粗粒子。?化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧也可以向大气中排放氯，但存在于细粒子中，一般燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl也可以向大气中排放氯，但存在于细粒子中，一般燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl-会富集。会富集。氯盐：氯盐：8例：光化学烟雾例：光化学烟雾?是城市污染大气在特定条件下，是城市污染大气在特定条件下，气相物质气相物质经光化学反应经光化学反应迅速转化成质粒迅速转化成质粒的现象。的现象。?主要成分：主要成分：硝酸铵、有机硝酸盐硝酸铵、有机硝酸盐（酯）和其他复杂的（酯）和其他复杂的有机化合物有机化合物。?气相反应物主要是气相反应物主要是氮氧化物和碳氢化合物氮氧化物和碳氢化合物，由，由OH自由基和臭氧OH自由基和臭氧起氧化作用。形成过程分起氧化作用。形成过程分：臭氧浓度增长臭氧浓度增长和和光化学烟雾形成光化学烟雾形成。2.全球气溶胶产生率2.全球气溶胶产生率2000 年大气气溶胶年产生率（Tg/y）2000 年大气气溶胶年产生率（Tg/y）_Atmospheric Science_an Introductory Survey,华莱士,2nd.大气气溶胶全球年平均产生率大气气溶胶全球年平均产生率(kgkm2hr1)全球年平均产生率全球年平均产生率(kgkm2hr1)(IPCC 2001)9(Whitby,1978)(Whitby,1978)大陆、海洋、背景大陆、海洋、背景cm-3cm-3cm-33.不同来源尺度分布特征3.不同来源尺度分布特征3.不同来源尺度分布特征3.不同来源尺度分布特征(Hegg,1991)(Hegg,1991)云过程-生物-生物质燃烧-平流层-极地-中高层对流层-远陆-海洋-沙漠-云过程-生物-生物质燃烧-平流层-极地-中高层对流层-远陆-海洋-沙漠-单分散型由硫酸微滴组成密度大,时空变化大,向远处输送1/7产生降水,6/7转化成新的气溶胶纯生物,植物破裂,昆虫,浓度变化大浓度低，与平流层相似云的上方,受云的过滤,对流层扰动平流层下泄,背景气溶胶局限于当地边界层,有机类先驱气体洋面飞沫蒸发,吸湿性,风成性600hPa,类似远陆,粗模态,风成性单分散型由硫酸微滴组成密度大,时空变化大,向远处输送1/7产生降水,6/7转化成新的气溶胶纯生物,植物破裂,昆虫,浓度变化大浓度低，与平流层相似云的上方,受云的过滤,对流层扰动平流层下泄,背景气溶胶局限于当地边界层,有机类先驱气体洋面飞沫蒸发,吸湿性,风成性600hPa,类似远陆,粗模态,风成性海洋本底气溶胶-clean maritime aerosols海洋本底气溶胶-clean maritime aerosolsCan be observed over the remote oceans,three modes；Typical seasalt aerosol concentration Can be observed over the remote oceans,three modes；Typical seasalt aerosol concentration 5-305-30cmcm-3-3(marine-boundary-layer);Concentrations in the range of(marine-boundary-layer);Concentrations in the range of 100-300cm100-300cm-3-3.coarse-mode 95%of the total mass but only 5-10%of the number.coarse-mode 95%of the total mass but only 5-10%of the number.Sampling location;Meteorological conditions;Measurement methods 5m/s,subtropical,North Atlantic12m/s,South Atlantic,Indian OceansSampling location;Meteorological conditions;Measurement methods 5m/s,subtropical,North Atlantic12m/s,South Atlantic,Indian Oceans大陆本底气溶胶-remote continental aerosol大陆本底气溶胶-remote continental aerosolPrimary particles,secondary oxidation products;PM10(10g mPrimary particles,secondary oxidation products;PM10(10g m-3-3).PM25/PM10=40-80%,consist of sulfate,ammonium and organics.).PM2.5/PM10=40-80%,consist of sulfate,ammonium and organics.1000-10000cm1000-10000cm-3-30.02m0.1m2m0.02m0.1m2m乡村气溶胶-rural continental aerosol乡村气溶胶-rural continental aerosolMainly of natural origin but with a moderate influence of anthropogenic sources.secondary oxidation products;PMMainly of natural origin but with a moderate influence of anthropogenic sources.secondary oxidation products;PM1010(20g m(20g m-3-3).The mass has a small accumulation mode and no nuclei mode.).The mass has a small accumulation mode and no nuclei mode.0.02m0.08m7m0.02m0.08m7m10自由对流层气溶胶-free tropospheric aerosol自由对流层气溶胶-free tropospheric aerosolMid-and upper troposphere above the clouds.More particles in the accumulation mode relative to lower Mid-and upper troposphere above the clouds.More particles in the accumulation mode relative to lower troposphere,troposphere,suggestingsuggesting precipitation scavenging and deposition of smaller and larger particles.precipitation scavenging and deposition of smaller and larger particles.0.01m0.25m0.01m0.25m极地气溶胶-polar aerosol极地气溶胶-polar aerosolAged,concentrationlow.Number concentration mono-disperse.Two more modes at 0.75-8m dominate the mass distribution.Aged,concentrationlow.Number concentration mono-disperse.Two more modes at 0.75-8m dominate the mass distribution.0.15m0.15m极地气溶胶-polar aerosol极地气溶胶-polar aerosolWinter and early spring influenced by anthropogenic sources(arctic haze).The number concentration 200 cmWinter and early spring influenced by anthropogenic sources(arctic haze).The number concentration 200 cm-3-3.carbonaceous,carbonaceous,sulfate,seasalt,and mineral dust.PM10,5gm sulfate,seasalt,and mineral dust.PM10,5gm-3-3,40%sulfate of the mass.,40%sulfate of the mass.0.05m0.2m0.05m0.2m沙漠气溶胶-desert aerosol沙漠气溶胶-desert aerosolStrongly depends on the wind velocity.Particles as large as 100m in diameter are found in the source regions,only particles smaller than 10 transported over long distances,often farther than 5000km.Strongly depends on the wind velocity.Particles as large as 100m in diameter are found in the source regions,only particles smaller than 10 transported over long distances,often farther than 5000km.0.01m0.05m10m0.01m0.05m10m0.1-0.5m0.1m0.1-0.5m农村大陆海洋北半球南半球粒子浓度城市农村大陆海洋北半球南半球粒子浓度随高度一般呈指数递减随高度一般呈指数递减时间上：时间上：春冬季较大春冬季较大(土壤裸露，冬季采暖)(土壤裸露，冬季采暖)早6:008:00浓度较高早6:008:00浓度较高(户外活动/交通/也许还有逆温)(户外活动/交通/也许还有逆温)午后2:00-4:00浓度较低午后2:00-4:00浓度较低（湍流垂直输送）（湍流垂直输送）粒子浓度随时间和空间而变粒子浓度随时间和空间而变12硫酸盐硫酸盐铵盐铵盐对流层对流层硝酸盐硝酸盐钠盐钠盐氯盐氯盐微量金属微量金属含碳物质含碳物质（元素碳、有机碳）（元素碳、有机碳）地壳富集元素地壳富集元素水水其粒子主要由气粒转换形成，成份主要是其粒子主要由气粒转换形成，成份主要是H H2 2SOSO4 4和(NH和(NH4 4)2 2SOSO4 4等。另外，大量火山灰成为平流层粒子的主要成份。等。另外，大量火山灰成为平流层粒子的主要成份。平流层平流层二、大气气溶胶的化学组成二、大气气溶胶的化学组成?钠盐（Na钠盐（Na+）：是海水含量最高的阳粒子（约为Mg）：是海水含量最高的阳粒子（约为Mg2+2+的9倍，Ca的9倍，Ca2+2+和K和K+的450倍）。沿海地区大气颗粒物中的Na的450倍）。沿海地区大气颗粒物中的Na+几乎都来自于海洋排放，并以粗模态存在，化学性质稳定，常被作为海洋源的参比元素。几乎都来自于海洋排放，并以粗模态存在，化学性质稳定，常被作为海洋源的参比元素。?钾盐（K钾盐（K+）：主要以细粒子模态存在，主要来自燃烧过程，尤其是生物质燃烧。细粒子K）：主要以细粒子模态存在，主要来自燃烧过程，尤其是生物质燃烧细粒子K+被认为是木材燃烧和森林大火的示踪物，但为了得到可信值，需要把与土壤有关的细粒子K被认为是木材燃烧和森林大火的示踪物，但为了得到可信值，需要把与土壤有关的细粒子K+除去。除去。?钙盐（Ca钙盐（Ca2+2+）：主要来自于土壤，是土壤扬尘的标识元素，以粗粒子模态存在。另外，道路扬尘和建筑尘中也含有较多Ca）：主要来自于土壤，是土壤扬尘的标识元素，以粗粒子模态存在。另外，道路扬尘和建筑尘中也含有较多Ca2+2+。?镁盐（Mg镁盐（Mg2+2+）：大气气溶胶粒子中的Mg）：大气气溶胶粒子中的Mg2+2+既有海洋源的贡献，又有土壤源的贡献，并且都分布在粗粒子中，含量相对较低。既有海洋源的贡献又有土壤源的贡献，并且都分布在粗粒子中，含量相对较低。?气溶胶粒子中的气溶胶粒子中的微量元素微量元素属于一次气溶胶粒子，现在已经发现的种类达70多种。属于一次气溶胶粒子，现在已经发现的种类达70多种。?这些元素来自各天然源和人为源，风沙和火山爆发是天然源中最常见的。人为源则主要来自高温燃烧过程（化石燃料、工业过程），尤其是来自有色金属硫化物的提取过程，如燃煤、燃油、木材燃烧、钢铁厂、锅炉、冶炼厂、沙尘、废物燃烧和刹车磨损等。这些元素来自各天然源和人为源，风沙和火山爆发是天然源中最常见的。人为源则主要来自高温燃烧过程（化石燃料、工业过程），尤其是来自有色金属硫化物的提取过程，如燃煤、燃油、木材燃烧、钢铁厂、锅炉、冶炼厂、沙尘、废物燃烧和刹车磨损等。大气气溶胶中的大气气溶胶中的有机物有机物约占总颗粒物质量的10%-50%，是细粒子的化学组成中含量最丰富的物种之一。按照测量方法有机物分为约占总颗粒物质量的10%-50%，是细粒子的化学组成中含量最丰富的物种之一。按照测量方法有机物分为有机碳和无机碳有机碳和无机碳。有机碳是指颗粒有机物中的碳元素，元素碳包括颗粒物中以单质形态存在的碳和少量的高分子量难溶有机物中的碳，有机碳被认为是表征颗粒有机物浓度水平的一个指标。有机碳是指颗粒有机物中的碳元素，元素碳包括颗粒物中以单质形态存在的碳和少量的高分子量难溶有机物中的碳，有机碳被认为是表征颗粒有机物浓度水平的一个指标。大气气溶胶还含有丰富的大气气溶胶还含有丰富的有机化合物有机化合物，按其来源可分为两类：一类是以粒子形式直接排入大气的一次有机物，如植物腊、树脂、长链烃等；另一类是通过人为和生物排放的挥发性有机物的气粒转化，生成二次多官能团氧化态有机物，如烷烃、多环芳烃等。，按其来源可分为两类：一类是以粒子形式直接排入大气的一次有机物，如植物腊、树脂、长链烃等；另一类是通过人为和生物排放的挥发性有机物的气粒转化，生成二次多官能团氧化态有机物，如烷烃、多环芳烃等。气溶胶的有机组成气溶胶的有机组成气溶胶粒子中的有机物，粒径一般都较小，多数分布在气溶胶粒子中的有机物，粒径一般都较小，多数分布在01-5微米0.1-5微米的范围内，从化学组成看，有许多对人体有致癌、危害的物质。的范围内，从化学组成看，有许多对人体有致癌、危害的物质。烃类烃类：脂肪族烷、烯烃和芳香烃类：脂肪族烷、烯烃和芳香烃类 多环芳烃多环芳烃(PAH):苯并(a)芘(PAH):苯并(a)芘 含氧烃类含氧烃类：酮、酯、醛、酚及少数环氧和过氧化物等：酮、酯、醛、酚及少数环氧和过氧化物等 有机氮化物有机氮化物：硝基苯并(a)芘、N-亚硝酸铵等：硝基苯并(a)芘、N-亚硝酸铵等 有机硫化物有机硫化物：苯并噻唑：苯并噻唑 有生命的有机物有生命的有机物：孢子、细菌、花粉等：孢子、细菌、花粉等例：不同来源气溶胶的化学组成例：不同来源气溶胶的化学组成?大陆性粒子主要与源地地表和土壤成份有关，大部分由矿物元素大陆性粒子主要与源地地表和土壤成份有关，大部分由矿物元素（铝、硅、钠、钾、钡等）（铝、硅、钠、钾、钡等）组成。组成。?大气中的海洋性粒子有大气中的海洋性粒子有78%的NaCl、11%的MgCl78%的NaCl、11%的MgCl2 2以及11%的CaSO以及11%的CaSO4 4，Na，Na2 2SOSO4 4和K和K2 2SOSO4 4。13?工业城市粒子大部分来自于城市污染气体的转换，其中主要是由SO工业城市粒子大部分来自于城市污染气体的转换，其中主要是由SO2 2、NOx、NH、NOx、NH3 3等污染气体转换为酸性粒子。等污染气体转换为酸性粒子。?城市粒子也含有矿物元素，但和自然源的大陆粒子不同，它主要来源于工业、交通污染的各种元素，如氯、钨、银、锰、锌、镍、砷等。城市粒子也含有矿物元素，但和自然源的大陆粒子不同，它主要来源于工业、交通污染的各种元素，如氯、钨、银、锰、锌、镍、砷等。不同粒径，化学组成也有很大差异不同粒径，化学组成也有很大差异细粒子主要是硫酸盐，硝酸盐，铵盐，痕量金属和碳黑等.细粒子主要是硫酸盐，硝酸盐，铵盐，痕量金属和碳黑等.粗粒子粗粒子主要有Si，Fe,Al，Ca，Na，Mg等30多种元素组成主要有Si，Fe,Al，Ca，Na，Mg等30多种元素组成.大气气溶胶中几乎包含了自然界存在的所有元素大气气溶胶中几乎包含了自然界存在的所有元素?海洋上空气溶胶的化学元素组成与海水的元素组成相似。海洋上空气溶胶的化学元素组成与海水的元素组成相似。?干净大陆气溶胶的元素组成与地壳物质的元素组成相似。干净大陆气溶胶的元素组成与地壳物质的元素组成相似。?城市大气气溶胶则不但包含了地壳中丰度很高的元素，还包括了各种工业污染元素。城市大气气溶胶则不但包含了地壳中丰度很高的元素，还包括了各种工业污染元素。3种模态下的主要化学组成，3种模态下的主要化学组成，Fundamentals of atmospheric Modeling,2ndEdition14大气气溶胶源解析技术大气气溶胶源解析技术是是区分和识别区分和识别大气污染的复杂来源大气污染的复杂来源并定量分析并定量分析其源贡献率的一种方法。它是确定各种排放源与环境空气质量之间响应关系的桥梁，为控制和治理大气污染提供科学依据。其源贡献率的一种方法。它是确定各种排放源与环境空气质量之间响应关系的桥梁，为控制和治理大气污染提供科学依据。三、气 溶 胶 来 源 分 析三、气 溶 胶 来 源 分 析?从排放源解析从排放源解析源清单源清单：对各种污染源的详细调查，确定各污染源对总排放的贡献。：对各种污染源的详细调查，确定各污染源对总排放的贡献。扩散模式扩散模式：根据污染物排放、迁移、扩散、化学转化等过程，估算污染源对颗粒物质量浓度的贡献。：根据污染物排放、迁移、扩散、化学转化等过程，估算污染源对颗粒物质量浓度的贡献。?从受体解析（受体模式）通过分析大气颗粒物化学成分和物理特性来推断污染物来源、估算各类污染源的贡献率。从受体解析（受体模式）通过分析大气颗粒物化学成分和物理特性来推断污染物来源、估算各类污染源的贡献率。源解析方法源解析方法?相对浓度法相对浓度法丰度，富集因子丰度，富集因子?统计分析统计分析相关分析，聚类分析，因子分析相关分析，聚类分析，因子分析?化学质量平衡法化学质量平衡法相对浓度法相对浓度法丰度：丰度：大气气溶胶中所研究元素的浓度与总气溶胶浓度的比值大气气溶胶中所研究元素的浓度与总气溶胶浓度的比值axCC丰度xC表示研究元素的浓度.表示研究元素的浓度.aC表示大气气溶胶总浓度.表示大气气溶胶总浓度.消除因大气气溶胶总量变化引起的变化；只能定性判断，不能判断污染源类型，以及不同污染源的贡献率；相对浓度稳定意味着污染源的变化不大；消除因大气气溶胶总量变化引起的变化；只能定性判断，不能判断污染源类型，以及不同污染源的贡献率；相对浓度稳定意味着污染源的变化不大；富集因子：富集因子：用于研究大气气溶胶粒子中元素的富集程度，判断气溶胶粒子中元素的自然来源和人为来源。用于研究大气气溶胶粒子中元素的富集程度，判断气溶胶粒子中元素的自然来源和人为来源。参考质粒)()(rxrxfCCCCE=xC是所研究的元素的浓度是所研究的元素的浓度rC是参考元素的浓度是参考元素的浓度fE是富集因子是富集因子参考元素和参考物质的选择很关键：参考元素和参考物质的选择很关键：参考元素参考元素一般选择地壳物质中含量丰富、受人为污染影响小、化学稳定性好、挥发性较低的元素；国际上多选用一般选择地壳物质中含量丰富、受人为污染影响小、化学稳定性好、挥发性较低的元素；国际上多选用FeFe、Al、Si Al、Si；参考物质参考物质一般选择全球平均地壳物质或当地土壤作为替代。一般选择全球平均地壳物质或当地土壤作为替代。富集因子只能定性地表征研究元素对污染的相对贡献.富集因子只能定性地表征研究元素对污染的相对贡献.15Al 作为地壳源的参比元素，背景值取算术平均值63.953 mg/mAl 作为地壳源的参比元素，背景值取算术平均值63.953 mg/m3 3.所有元素的背景值均取自河南省土壤环境背景值。.所有元素的背景值均取自河南省土壤环境背景值。As、Cd、Cu、Mo、Pb、Sn 的富集因子很高，K、Na、Ca、Mg 的富集因子则不高.As、Na、Zn 等元素主要来自矿石燃料的燃烧;Pb、Sb、Cd、Cr、Ni 等元素一般来源于汽车尾气等近地面源;Al、Ca、Fe、K、Mg 等地壳元素是土壤扬尘主要成分;Cd、Ni 等元素来自特定的排放源.As、Cd、Cu、Mo、Pb、Sn 的富集因子很高，K、Na、Ca、Mg 的富集因子则不高.As、N