关于气溶胶分布及成核作用第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日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2页，共25页，星期日，2025年，2月5日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3页，共25页，星期日，2025年，2月5日大气颗粒物的粒度分布等效直径光学等效直径Diagram3Diagram4体积等效直径或几何直径空气动力学等效直径第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日空气动力学直径（Dp）式中：Dg——几何直径ρp——忽略了浮力效应的粒密度ρ0——参考密度（ρ0=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，ρp对Dp是有影响的。当ρp较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大气粒子满足ρp≤10，因此Dp和Dg的差值因子必定小于3。第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日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Γ谱分布第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日对数正态分布第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日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9页，共25页，星期日，2025年，2月5日修正的Γ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，Γ谱分布很繁琐Deirmendjian于1969年提出用修正的Γ谱分布，近似描述环境大气气溶胶数谱分布：第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日气溶胶粒子的三模态及其特性第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日气溶胶粒子的三模态积聚模爱根核膜粗离子膜粒径小于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12页，共25页，星期日，2025年，2月5日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13页，共25页，星期日，2025年，2月5日粗、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14页，共25页，星期日，2025年，2月5日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聚模与粗膜之间均可忽略第15页，共25页，星期日，2025年，2月5日气溶胶粒子的成核作用均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中在细粒子表面，经过多相气体反应使粒子长大由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大通过干沉降和湿沉降（雨除或冲刷）清除成核过程=物理过程+化学过程第16页，共25页，星期日，2025年，2月5日均相成核-由气体分子形成新核均相成核：当某物种的蒸气在气体中达到一定过饱和度时，由单个蒸气分子凝结成为分子团的过程能量最低原理：气体分子若能形成新核，必须在成核后使体系能量降到最低，只有这样，新核才能稳定第17页，共25页，星期日，2025年，2月5日胚芽初期形成的可能性当e（H2O蒸汽压）es（饱和蒸汽压）时，ΔGT随着r（粒子半径）的增大而增加，即ΔGT0。根据热力学原理，在等温、等压条件下，ΔGT0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ΔGT可能大于零，也可能小于零。初始阶段，随r的增加ΔGT有所增大。当r=r*时，ΔGT达到最大ΔGT*；当r继续增大时，ΔGT反而减小。r*称为临界半径