文档介绍：南京北郊大气气溶胶吸湿性特征
南京信息工程大学大气物理学院,
摘要:大气气溶胶的吸湿性对很多领域有重要的影响。HTDMA是现今最理想的观测气溶胶吸湿性的仪器之一。应用MSP公司以及自行搭建的两台HTDMA对严重污染的南京城郊四月份的大气气溶胶吸湿性进行观测。在低于75%的湿度下气溶胶GF显示出单峰分布,在85%的湿度下小于300nm的所有粒径的单分散气溶胶GF都能观测到双峰分布。用多次高斯分布拟合后分出较多吸湿组和较少吸湿组。较多吸湿组在小于300nm的范围内GF随着粒径的增大而增大;较少吸湿组在小于300nm的范围内GF随着粒径的增大而减小。综合GF在不同粒径不同湿度下的GF值,分析出较少吸湿组是至少有两种近憎水物质的内部混合;较多吸湿组是以硫酸铵为主要组分混合了有机弱吸湿组分或者近憎水组分的内部混合。降水对小于200nm粒子的较少吸湿组的粒子的GF影响不大;对较多吸湿组有减小的作用,,对于积聚模态的粒子的影响主要是由于降水对于吸湿性较高的粒子的去除作用比吸湿性较低的粒子的去除作用强烈。日变化的主要影响因素是大气混合状态影响、交通影响以及光化学反应的影响。对两台HTDMA的测量结果进行比对后发现在积聚模态的粒子的数值吻合程度很高,两台仪器的数据均具有可信度。
关键词:气溶胶吸湿性;HTDMA;南京北郊
1 引言
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大气气溶胶在一定的过饱和度下可以通过吸湿性增长活化为云滴,这样的气溶胶粒子称为云凝结核。有研究表明吸湿性的二次气溶胶可以作为云凝结核(Seinfeld 和Pandis,2006[1])。而云的辐射强迫效应会影响某些地区的气候。高相对湿度时,吸湿性气溶胶如硫酸盐,硝酸盐、铵盐、海盐等由细小晶体因吸湿而潮解成较大水滴,其粒径有明显的增长,根据米散射理论,前向散射迅速增大,后向散射单调减小(刘长盛等人,1990[2];Bohren 和 Huffman,1983[3])。若气溶胶表面附着有水珠,由于光线被水滴折射,将加强气溶胶散光效应。这些现象将使到达地表的热通量降低,影响大气温度以及大气能见度。有研究表明,气溶胶的酸性物质的含量与大气中水汽含量息息相关(于凤莲,2001[4])。相对湿度越大,颗粒物发生液相氧化的能力越强,二氧化硫向硫酸的转化也就越多,在82%的相对湿度下的转化能力是30%湿度下转化能力的两倍,这也解释了为什么北京和重庆的二氧化硫排放虽然都很严重,但是北京却比重庆下酸雨的几率小得多,北京除夏天以外通常相对湿度都低于30%,而重庆常年相对湿度高于80%,故而重庆称为了酸雨中心(蒲一芬和杨建亮,2001[5])。Peters等人(1997)[6]研究表明:大气气溶胶会通过呼吸进入肺部,有一部分会沉积在肺部的支气管等部位从而引发肺炎、肺癌等呼吸道疾病。人体呼吸道内的相对湿度稳定在接近饱和的99%%之间,一些吸湿性物质如硫酸盐颗粒物在9纳秒之内就能使粒径增长三倍到六倍(Massling等人,2005[7])。粒子的大小直接影响了它的沉降速度沉降量和沉降位置,对人体健康有很大影响。
气溶胶的存在对于局地微气候、区域环境、全球环境、区域以及全球辐射收支平衡、酸沉降、人体健康等有着直接或者间接的关联。所以,越来越受到世人以及学界的关注。此外大气气溶胶的化学成分、浓度、谱分布等物理、化学参数在时间、空间尺度上具有较高的不确定性,大气气溶胶成为地球科学领域研究的难点问题(邱金桓等,2003)[8]。大气气溶胶的吸湿性是气溶胶光学性质的主要参数,气溶胶的物化过程也与其息息相关。迄今为止,在南京的气溶胶的研究还只是处在化学成分和光学特性的层面上,没有开展过对其吸湿性的全面系统的研究;在地域上主要是集中在城市中心地段,主要污染源是交通和生活污染,没有测量到城郊结合部重工业污染的情况;没有降水过程或者天气系统对大气气溶胶吸湿性影响的研究;更没有通过多台HTDMA的联合测量的先例。
本文通过应用MSP公司以及自行搭建的两台HTMA(吸湿性串联差分迁移率分析仪)对南京北郊的大气气溶胶的吸湿性进行观测和分析。
2实验
HTDMA测量系统主要是由两台差分迁移率分析仪串联配合一组加湿器组成,最初是liu等人在1978年开发用来测量生长因子Gf(growth factor)。GF可以用来衡量气溶胶的吸湿性能。测量原理是首先固定DMA1电压,把低RH(小于10%)的多分散气溶胶分离出已知粒径的单分散气溶胶,而后将单分散气溶胶加湿,使其吸湿增长后通入DMA2,通过施加连续的扫描电压,分离出吸湿后各个粒径下的粒子群,通入CPC计