大气气溶胶及其重要性

Raghava R. Kommalapati1, Kalliat T. valsarajevo 2

2 .路易斯安那州立大学化学工程系，巴吞鲁日，洛杉矶70803

简介

除了微量气体大气中含有分散相:以分散相形式存在于空气中的各种液体和固体它们统称为气溶胶。一个气溶胶是被认为是由固体或液体颗粒和它们悬浮在其中的气体(空气)组成的两相系统。气溶胶有自然和人为两种来源。例如尘埃颗粒产生风蚀表层土壤，农业活动，海盐和海浪。其他来源包括通过大气中的化学反应产生。例如，硫酸盐气溶胶是由大气水分中的二氧化硫氧化产生的，颗粒物是由汽车尾气和不完全燃烧产生的ios版雷竞技官网入口 在ios版雷竞技下载 ．气溶胶散射和吸收大气中的太阳辐射和红外辐射，对气候具有直接的辐射强迫效应。raybet雷竞技最新气溶胶还通过增加液滴数量、浓度和冰粒浓度来改变暖、冰和混合相云的形成过程。它们会降低降水效率的温暖的云从而导致与云属性变化相关的间接辐射强迫。气溶胶很可能对整体辐射强迫(/)做出了显著的负贡献。虽然净效应是冷却，但也有证据表明气溶胶中的黑碳使地球升温大气层(2)气溶胶还会影响生物群的健康，并产生其他生物效应(例如，营养物质的可利用性)。生物气溶胶在世界上一些地区似乎具有云凝结核(CCN)的作用(3)。气溶胶的一个重要特征

©2009美国化学学会

它们有变化吗大气寿命．气溶胶的尺寸一般从2纳米到数百微米(4,5)不等。它们的形状也是可变的，然而，空气动力学等效直径是表示它们大小的有用方法。气溶胶浓度通常以每单位体积混合物的粒子质量(mg/m3或^g/m3)或每单位体积的粒子数(#/m3)表示，但在标准和测量中更常用质量浓度。表1给出了典型的质量浓度和粒径，表2列出了各种气溶胶颗粒的粒径。

表1。气溶胶质量浓度和粒径(6)

区域	浓度/ ßg.m'3	直径/ /jm
城市	＞ 100	0.03
农村	30 - 50	0.07
海洋	＞10	0.16

表2。大气气溶胶的性质(7,8)

液滴的性质	尺寸/¡im	表面积/ (m2 / m3)	液态水含量/ (m3/m3空气	典型大气寿命
气溶胶	十大“2 - 10	lxlO * 3	10“11 - 10 10	4 - 7天
雾滴	1 - 10	8 x10-4	5 x10“8-5x10”7	3个小时
云滴	10 - 102	2 x10“*	-10“7”6	7个小时
雨滴	102 - 103	5 x10 ~ 4	7 -10英寸	3 - 15分钟规模
雪花	103 - 105	3 xl0”1		15-50分钟

政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2007年(1)报告了与2raybet雷竞技最新001年相比在气溶胶来源方面的评估取得的重大进展。以下是最新评估报告中提供的一些气溶胶来源及其简要说明:

•土壤粉尘:土壤粉尘是造成气溶胶加载光学厚度，特别是在热带和亚热带地区。沙尘源区主要为沙漠、干湖床和半荒漠干旱的沙漠边缘地带，还有植被减少或土壤表面受到人类活动干扰的干旱地区。

•海盐:海盐气溶胶是由各种物理过程产生的，特别是在白帽形成过程中夹带气泡的破裂。在靠近海洋大气的区域，这种类型的气溶胶可能是光散射和云核的主要贡献者。

•工业粉尘，主要人为气溶胶:运输，煤炭燃烧，水泥制造冶金和废物焚烧是产生初级气溶胶颗粒的工业和技术活动。

•碳质气溶胶(有机和黑碳):碳质化合物在大气气溶胶中占很大比例，但变化很大。有机物是生物质燃烧气溶胶中最大的单一成分。碳质气溶胶的主要来源是生物质和化石燃料的燃烧，以及大气中生物和人为挥发性有机化合物(VOC)的氧化。

•原生生物气溶胶:原生生物气溶胶由植物碎屑(角质层蜡、叶片碎片等)、腐殖质和微生物颗粒(细菌、真菌、病毒、藻类、花粉、孢子等)组成。

硫酸盐气溶胶:硫酸盐气溶胶是由大气中气体前体(海盐硫酸盐和石膏粉尘颗粒除外)的化学反应产生的。

•硝酸盐气溶胶:气溶胶硝酸盐与铵和硫酸盐的相对丰度密切相关。

•来自火山的气溶胶:火山排放的两种成分对气溶胶最重要:初级灰尘和气态硫。

许多气溶胶种类(例如硫酸盐、次生有机物)不是直接排放的，而是由气体前体在大气中形成的，气溶胶种类经常结合形成光学性质和大气寿命与其组分不同的混合颗粒。此外，云还以一种复杂的方式影响气溶胶，通过清除气溶胶，通过液相化学增加质量，以及通过在云内和云附近形成新的气溶胶颗粒。次生气溶胶是大气相互作用的结果，在大气中也起着重要的作用。

IPCC第四次评估报告的重点包括对大气气溶胶造成的辐射强迫的重要讨论。气溶胶直接或间接地与地球的辐射收支和气候相互作用。raybet雷竞技最新作为一种直接效应，气溶胶将阳光直接散射回太空。作为一种间接影响，低层大气中的气溶胶可以改变云粒子的大小，改变云反射和吸收阳光的方式，从而影响地球的能量收支。间接影响因此改变辐射特性云的数量和寿命。气溶胶对辐射强迫的直接和间接影响如图1所示。气溶胶也可以作为化学反应发生的场所(异质化学)。

气溶胶也会造成大气污染，影响人类健康和能见度。例如，大城市的污染对人类健康的影响与气溶胶有关。它们还在几个方面影响全球气候。raybet雷竞技最新各种影响通过以下气溶胶和大气中气体之间的具体相互作用表现出来(6,7):

•冷凝相(气溶胶-固体或液体)要么吸收或吸附材料。这可能导致化合物的潜在转变，并改变冷凝相的整体特征。因此，它们通过非均相过程在大气中作为反应的催化剂。

•固体气溶胶颗粒可以吸湿生长，并作为反应的溶剂介质，如将气体物质转化为二级物质有机气溶胶．

•吸附或吸收污染物的气溶胶可以介导干湿沉积将污染物排放到地球表面和水体。

•气溶胶能够散射光，并能改变对流层低层的整体能见度。这也会影响低层大气的温度和整体环流模式。

•在高层大气中，气溶胶的存在可以显著降低温度，从而导致整体温室效应和全球气候变化。raybet雷竞技最新

预计气溶胶污染造成的额外反射对气候的影响与大气温室气体浓度增加的影响相当。raybet雷竞技最新然而，气溶胶的作用与不断增加的大气微量气体的作用相反——使大气变冷而不是变暖。温室气体的变暖效应预计将在任何地方发生，但污染气溶胶的冷却效应将在一定程度上是区域性的，例如，在工业区附近和下风处。没有人知道某些地区大气变暖而另一些地区大气变冷的结果会是什么。raybet雷竞技最新气候模型仍然过于原始，无法对可能的结果提供可靠的见解(9)。

尽管人们对低层大气中的影响有了更好的了解，但对于高层大气中的影响，人们确实缺乏了解和不确定。政府间气候变化专门委员会还发现，关于气溶胶辐射强迫(图2)。请注意，气溶胶辐射强迫的预测存在很大的不确定性，而且对气溶胶辐射强迫的科学认识很低。

虽然关于大气气溶胶的书籍很少，但它们通常侧重于特定方面，例如气溶胶对健康的影响(JO)和

不受扰动的云

Driuja tncraaad云高增加云抑制。[Pineus & Baker, 1934)一生

增加LWC (Afcrecht, 1989)

辐射的散射和吸收

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不受扰动的云

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增加LWC (Afcrecht, 1989)

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仇恨导致云消失(阿卡曼2000年)

Sfnt-difct效应

图1所示。原理图显示了与气溶胶相关的云效应相关的各种辐射机制(摘自2007年气候变化，IPCC评估-获得纽约剑桥大学出版社的许可)raybet雷竞技最新

气溶胶的性质和形成方面(11-13)和气溶胶化学(1416)。这本书试图解决一些空白的文献，特别是在大气气溶胶和建模的表征和化学领域。这些章节的作者是该领域的新兴领导者，他们在这本书中提出的贡献是对他们的工作以及该领域的最新进展的回顾。

本书结构

这本书的概念来自于我们在马萨诸塞州波士顿举行的2007年秋季美国化学学会全国会议上组织的两次座谈会。题为“大气气溶胶过程”的研讨会吸引了许多听众，一些与会者指出需要一本关于这一主题的专门书籍，因此就产生了编写这本书的想法。这本书分为三个部分:大气气溶胶的特征、化学和模型。

这本书的人物描写部分包括三章。章节包括:形态对气溶胶粒子反应性的作用;泰国北部清迈-兰风盆地大气颗粒物的特征及其细胞毒性效应电晕放电中水滴对甲苯的分解。贝尔教授的研究小组提出了关于形态对气溶胶颗粒反应性的作用的实验证据。研究了释放到大气中的油酸颗粒的臭氧分解，作者从他们的工作和其他研究的证据中得出结论，在评估颗粒反应性时，除了化学成分外，还必须考虑颗粒形态。关于环境空气中的细颗粒物质的章节回顾了最近关于空气污染物对人类健康影响的调查，特别是颗粒物质的水平和分布(< 10 jam和<2.5¿im)，以及在泰国清迈-兰phun盆地通过过滤器收集的样品的致突变性和细胞毒性。吴教授描述了甲苯(一种代表长期存在的环境和潜在致癌污染物的模型化合物)在电晕放电中水滴上的分解。作者认为，这类反应将在空气污染控制和工业制造过程中有许多应用。

这本书的化学部分涵盖了几个有趣的主题，包括二次气溶胶和章节包括:全氟化合物在空气-水界面的表面活性;城市表面薄膜大气化学;单萜氧化形成二次有机气溶胶的光化学研究高浓度干(NH4)2S04种子的效果

1750年至2005年间的气候辐射强迫raybet雷竞技最新

辐射强制条款__cfcmate效能空间结痂

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科学认识

图2。2005年相对于1750年的人为和自然强迫气候。raybet雷竞技最新请注意与气溶胶相关的条形和垂直线，(摘自2007年气候变化，IPCC评估-纽约州剑桥大学出版社许可)。raybet雷竞技最新

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芳烃/NOx光氧化系统中气溶胶对臭氧和二次有机气溶胶形成的影响;气相吸附和紫外光氧化菲在大气电影上。Vaida教授及其同事从实验调查中报告说，全氟化合物在含水大气气溶胶颗粒表面起着高效表面活性剂的作用，因此可能会增加其在大气中的运输、分布和沉积。Donaldson教授和他的团队总结了他们正在进行的大型和固定的城市表面薄膜的大气化学研究工作，这些薄膜覆盖在建筑物、道路等方面。他们假设，这种薄膜的化学性质在确定局部氧化强度和污染物浓度方面可能很重要。由Nizkorodov教授领导的研究小组在他们的贡献中报告了他们在二级有机气溶胶(SOA)方面的工作，这些有机气溶胶是由单萜烯的大气氧化形成的，特别是发生在这些生物源SOA颗粒内部的光化学过程。SOA粒子的光解改变了SOA的化学成分，从而导致小挥发性分子释放回气相。这可以解释大气中存在的一些观察到的产物，这些产物是由有机过氧化物和羰基光解产生的。一个由中国和日本的研究人员组成的国际小组在他们的贡献中展示了高浓度干硫酸氨种子气溶胶对臭氧和SOA形成影响的实验结果。高浓度干硫酸铝气溶胶的存在对芳烃光氧化系统中的气相反应没有影响，但增强了SOA的生成和SOA的产量，作者假设这些结果可以用于SOA形成的建模，特别是涉及颗粒物污染的空气质量模拟。本节最后一章报道了气相半挥发性多环芳烃、菲在大气水膜上的吸附和紫外光氧化实验结果。 The interfacial partitioning of phenanthrene increased in the presence of surface active compounds . Moreover, the surface reaction of phenanthrene proceeded faster than the reaction in the bulk phase. The authors identified the different pathways of photooxidation for the surface reaction as well as reactions in the bulk water.

最后，本书的建模部分包括两个非常有趣的章节;理解气溶胶的气候效应:模拟气溶胶的辐射效应;卡特里娜飓风对新奥尔良居民的环境影响:室内沉积物、气相和雾化污染物。贾教授和他的研究小组回顾了气溶胶-气候相互作用的要素、气溶胶-气候模型背后的不确定性，以及辐射强迫对气候的影响。raybet雷竞技最新最后一章讨论了卡特里娜飓风后新奥尔良居民住宅室内环境中的气溶胶污染物。作者报告说，在洪水发生期间，室内污染物比室外污染物浓度更高，因此在卡特里娜飓风后，室内污染物对居民、急救人员和恢复人员的危害更大。

这本书，因此汇集了大气气溶胶表征，化学和建模的各个方面。它代表了一个独特的文章集合，希望能进一步深入了解大气气溶胶的重要领域及其重要性。在这一重要领域当然有必要进行进一步的研究，正如作为本书基础的研讨会期间所指出的那样。

参考文献

1.IPCC, 2007，福斯特等，“大气成分和辐射强迫的变化”，见:2007年气候变化:物理科学基础，第一工作组对政府间气候变化专门委员会第四次评估报告的贡献，剑桥大学出版社，英国剑桥，纽约纽约raybet雷竞技最新。

2.罗玛那坦，罗玛那，罗伯茨，金，D，科里根，C.，程，C.，温克尔，D.， 2007, 448, 575-578。

3.Christner, B.， Morris, C.， Foreman, C.， Cai, R.， Sands, D.，科学，2008,319,1214。

4.Ghan J.， Schwartz, s.e.， 2007，气溶胶性质和过程-从现场和实验室测量到全球气候模型的路径，Bull。raybet雷竞技最新阿米尔。流星。系统工程学报，2004,18(2):377 - 377。

5.Hinds W.C, 1999，气溶胶技术:空气中颗粒的性质、行为和测量，第2版，威利，纽约。

6.沃尼克，P.， 2000，自然化学大气,2 nd版，学术出版社，圣地亚哥，加州。

7.宋飞，j.h.，潘迪斯，s.n.， 2006，大气化学和物理——从空气污染到气候变化，第二版，约翰·威利父子公司，纽约，纽约。raybet雷竞技最新

8.Valsaraj, k.t.， 2000，环境工程要素-热力学和动力学，第二版，CRC出版社，博卡拉顿，佛罗里达州。

9.美国宇航局，2008，“大气气溶胶”，美国宇航局在线事实，http://oea.larc.nasa.gov/PAIS/Aerosols.html

10.鲁兹,LS。，和哈雷NH。， 2005年，《气溶胶手册:测量、剂量学和健康影响》，佛罗里达博卡拉顿CRC出版社。

11.康德拉泰耶夫,肯塔基州。，艾夫利，LS。， Krapivon, VF。， Varostos, CA, 2005，大气气溶胶特性:形成，过程和影响，施普林格Verlag，纽约。

12.斯普尔尼，K.R.(编辑)，2000，环境中的气溶胶化学过程，刘易斯出版商，佛罗里达州博卡拉顿。

13.鲍姆加特，H.，格伦拜因，W.，亨塞尔，F.(编辑)，1999，全球大气化学，施普林格，纽约，纽约。

14.Meszaros, E.， 1999，大气气溶胶化学基础，Akademiai Kiado，布达佩斯，匈牙利。

15.Gelenscer, A. 2004，碳质气溶胶，施普林格，多德雷赫特，荷兰。

16.科尔贝克，I.(编辑)，气溶胶的环境化学，布莱克威尔出版有限公司，艾姆斯，IA。

第二章

继续阅读:形貌对气溶胶粒子反应性的作用

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