大气气溶胶研究的前沿问题幻灯片.ppt

气溶胶的严格含意是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相体系。相应的,大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气气溶胶粒子的直径多在10-3~102m之间。
大气气溶胶研究的前沿问题
张仁健
很多过程可以产生气溶胶,根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等,人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等[1]。工业化革命以来,人类活动不仅直接向大气排放大量粒子,更重要的是向大气排放大量的SO2和NOx,SO2和NOx在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和***盐粒子,形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有较大幅度增加。来自自然源的气溶胶如沙尘,也由于人类活动土地利用变化而发生着改变。
尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分,但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。随着环境污染问题的发展,已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。此外,气溶胶对人体和其它生物的健康也有其特有的生理作用.
1990年代以来,由于气溶胶的气候效应问题,气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一,大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。国际大气化学研究计划(IGAC)科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划(ICAP) 合并重组,大气气溶胶研究被列为三大研究方向之一。大气气溶胶的研究内容,发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究,也涉及到大气科学的各个领域,具有很强的综合性。
现从大气气溶胶研究的四个主要方面,论述大气气溶胶的研究进展、相关的国际研究计划及有关问题。
气溶胶的基本特性
气溶胶的气候效应
沙尘气溶胶
气溶胶对环境和人体健康的影响等
回顾几十年来气溶胶的研究历程,气溶胶的研究内容不断发生变化。过去着重于一次颗粒物,50年代后,逐渐从总悬浮颗粒物(TSP) 转向可吸入颗粒物PM10(≤10 m)。90年代后期,更重视二次颗粒物的问题。 (≤m)、亚微米(10-7 m),甚至超细的颗粒(nm)。以前较多地针对人为源,现今生物源、天然源都作为重要排放源来探讨。近年来,城市和区域环境的气溶胶的特性,得到进一步重视和加强研究。对气溶胶颗粒的成分除一般无机元素外,还开始重视元素碳、有机碳、有机化合物(尤其是挥发性有机物(VOCs)、多环芳烃(PAHs) 和有毒物。有些研究还对生物气溶胶(细菌、病菌、霉菌等)、元素存在形态进行分析鉴定,大大丰富了气溶胶特性研究的内容。在研究气溶胶细粒子的过程中,相关采样与分析测试技术也得到了不断改进和提高。
近年IGAC组织进行了两次气溶胶特性实验(Aerosol Characterization Experiment-ACE)。第一次(ACE-1, 1995年)在澳大利亚南部海域;第二次(ACE-2,1998年) 在大西洋北部地区。1998年, IGAC科学委员会决定在2000-2010年之间,IGAC优先执行的最重要实验观测计划是“亚洲气溶胶实验观测(ACE-Asia)”,其主要内容是“亚洲地区气溶胶的特性”,也称为ACE-3。该项目打算利用地面(包括海、陆站点)定位观测、飞机取样观测、卫星遥感等观测手段,对亚洲气溶胶的特征(物理化学及光学)、来源、输送、气候和环境效应进行综合观测研究。该项目一经提出,立即得到了日本、韩国、美国和中国科学家的响应。
ACE的观测实验是依照以下3个目标设计的:(1)确定主要类型气溶胶的物理、化学、辐射、云凝结核特性,以及这些特性的相互关系的研究;(2)定量化研究控制主要气溶胶的形成、发展、核清除的物理化学过程以及这些过程怎样影响气溶胶的粒度分布、化学组成、辐射和凝结核特性;(3)进一步改进提高气溶胶过程、辐射效应及全球气候的模型。
大气气溶胶对辐射有重要影响,其影响程度取决于气溶胶的时空分布、自身的物理化学性质(包括粒子尺度、谱分布、化学成分等等)以及下垫面的光学性质。因此,对气溶胶特性的了解对气溶胶的气候效应的研究是很重要的。而气溶胶的来源、分布、自身物理化学性质及地表状况这些因子都有极大的时间和空间变率。目前各种气溶胶采样方法和分析手段以及取得的资料之间还缺乏可比性。到目前为止,如何获取全面有代表性的资料仍是气溶胶基本特性研究方面亟待解决的问题。
2 气溶胶的气候效应
气候变化是当前各国政府和科学界关注的重大问题,气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子,引起了全世界科学