【摘要】：氣溶膠顆粒物的混合結(jié)構(gòu)與顆粒物的光學(xué)特性、吸濕特性息息相關(guān),通過對顆粒物混合結(jié)構(gòu)的分析,可以推斷出顆粒物老化、來源和在對流層中的反應(yīng)特征,這些結(jié)果對實驗室模擬、外場觀測和模式模擬都有重要的科學(xué)意義。本文主要研究了在清潔和污染大氣中與顆粒物的大小和老化程度相關(guān)的單顆粒混合結(jié)構(gòu)問題。為了解決該問題,本論文區(qū)分和總結(jié)了城市、郊區(qū)、農(nóng)村、清潔背景點、高山站點、生物質(zhì)燃燒和煤炭燃燒產(chǎn)生的顆粒物類型和混合結(jié)構(gòu)特征。此外,我們還研究了黃河三角洲灰霾天和沙塵天顆粒物混合結(jié)構(gòu)的異同�；谕干潆娮语@微鏡-X射線能譜儀(TEM-EDX)等微觀儀器分析,本研究將氣溶膠分為8大組分:海鹽、礦物沙塵、飛灰、金屬、煙塵、硫酸鹽、硝酸鹽和有機物。在這一分類的基礎(chǔ)上,我們認(rèn)為當(dāng)單個顆粒物中包含兩種或兩種以上氣溶膠組分就將其定義為內(nèi)混顆粒物,而只含有一種氣溶膠組分的顆粒物則歸類為外混顆粒物。針對內(nèi)混的單顆粒,又分為四種非均相混合結(jié)構(gòu)(核殼狀結(jié)構(gòu)、啞鈴狀結(jié)構(gòu)、有機物包裹結(jié)構(gòu)和有機物散布結(jié)構(gòu))和一種均相混合結(jié)構(gòu)。均相混合結(jié)構(gòu)的顆粒物主要出現(xiàn)在細(xì)粒子(1 μm)中。當(dāng)氣溶膠單顆粒的粒徑逐漸增大,非均相混合結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率逐漸增大。我們的研究結(jié)果表明,顆粒物混合結(jié)構(gòu)與顆粒物粒徑大小和顆粒物來源有關(guān),并隨著時間推移而發(fā)生改變。長距離輸送的顆粒物趨向于形成核殼狀和有機物包裹結(jié)構(gòu),因此它們通常出現(xiàn)在遠離排放源的區(qū)域大氣中,是大氣老化的重要指示。二次氣溶膠組分(如硫酸鹽、硝酸鹽和有機物)決定了顆粒物的內(nèi)混結(jié)構(gòu)。因為在不同濕度條件下二次氣溶膠組分會使顆粒物在吸水和失水過程發(fā)生相態(tài)變化,而相態(tài)變化的發(fā)生可以改變顆粒物的混合結(jié)構(gòu)。外混顆粒物一旦轉(zhuǎn)化為內(nèi)混顆粒物就無法逆轉(zhuǎn)(顆粒物中包含半揮發(fā)氣溶膠組分情況除外)。對單顆粒的混合結(jié)構(gòu)進行分類研究不僅對于研究其光學(xué)和吸濕特性至關(guān)重要,同時也有助于研究顆粒物在輸送過程中物理化學(xué)特性的變化。基于前面的研究,我們觀測了一個發(fā)生在我國的沙塵暴事件,并將沙塵暴期間顆粒物混合結(jié)構(gòu)與灰霾天顆粒物混合結(jié)構(gòu)相比較,研究不同污染事件下顆粒物混合結(jié)構(gòu)。為了確定氣溶膠離開亞洲大陸前的物理化學(xué)特性,我們在2011年4月14日到5月2日在亞洲沙塵暴和灰霾傳輸路徑的背景點進行了野外觀測。灰霾期間除PM2.5濃度外各類污染物濃度均高于沙塵暴期間,其中黑碳(BC)濃度4 μgm-3、一氧化碳(CO)濃度808 ppb、二氧化硫(SO2)濃度24 ppb、二氧化氮(NO2)濃度37 ppb。沙塵暴期間平均PM2.5質(zhì)量濃度為131 μgm-3,高于灰霾期間的濃度(93 μgm-3)。顆粒物混合結(jié)構(gòu)方面,有機物包裹結(jié)構(gòu)是灰霾顆粒物的主要混合結(jié)構(gòu);硫酸鹽與一次顆粒物(如煙塵、金屬、飛灰或礦物顆粒物)發(fā)生內(nèi)混形成核殼狀結(jié)構(gòu)。在沙塵暴期間,新鮮排放的不規(guī)則沙塵顆粒物外混存在。還有礦物顆粒物與一次煙塵、金屬、飛灰附著在一起,形成啞鈴狀結(jié)構(gòu)。老化氣團中沙塵顆粒物表面覆蓋Ca(NO3)2膜,構(gòu)成核殼狀結(jié)構(gòu)。以上結(jié)果說明自然源和人為源氣溶膠顆粒物在離開亞洲大陸前會發(fā)生復(fù)雜的非均相化學(xué)反應(yīng)。顆粒物的混合結(jié)構(gòu)直接影響其吸濕特性,而顆粒物的吸濕性也在一定程度上決定了顆粒物混合結(jié)構(gòu)的變化。顆粒物的吸濕性能改變顆粒物的粒徑大小、形狀、光折射率,從而影響顆粒物的存在時間,反應(yīng)活性,最終會對大氣質(zhì)量和人類健康造成影響。本研究建立了一套實驗室單顆粒吸濕系統(tǒng),結(jié)合TEM-EDX,分析了實驗室制備的Ca(N03)2標(biāo)準(zhǔn)樣品、灰霾顆粒物、沙塵暴期間礦物顆粒物吸濕性,將它們進行對比,得到不同污染事件下顆粒物吸濕性的異同,也研究了不同顆粒物混合結(jié)構(gòu)對其吸濕特性的影響。研究結(jié)果表明,大部分灰霾顆粒物在68-70%的濕度條件下開始潮解,顆粒物表面出現(xiàn)液態(tài)膜。而礦物顆粒物表面的Ca(N03)2包裹物改變了其吸濕特性,使其由疏水性變?yōu)橛H水性。該包裹物的生成使礦物顆粒在較低的濕度環(huán)境下(大約30%的濕度條件下)保持液態(tài)。顆粒物混合結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致其吸濕特性不同,而吸濕性相關(guān)的顆粒物相態(tài)變化對于促進二次氣溶膠形成的非均相化學(xué)反應(yīng)有重要影響。
【圖文】：

溫度產(chǎn)生影響［５］。但這種影響是不確定的，因為煙塵顆粒物對光的吸收與它是以怎樣的逡逑方式，怎樣的程度與其他類型氣溶膠混合有關(guān)，這一混合特性就是混合結(jié)構(gòu)［６］。顆粒物逡逑的光學(xué)、吸濕特性、云凝結(jié)核特性與不同顆粒物組分的混合結(jié)構(gòu)有關(guān)（圖１－１）。逡逑通常將顆粒物的混合結(jié)構(gòu)分為內(nèi)混和外混［２，７］。外混一般是指不同化學(xué)組分分別存逡逑在于不同顆粒物中，而內(nèi)混則指一個顆粒物中含有不同的組分（圖１－２）。隨著氣溶膠在逡逑大氣中的傳輸，顆粒物通過云中過程、氣態(tài)－顆粒態(tài)轉(zhuǎn)化以及與大氣中氣體反應(yīng)而發(fā)生逡逑物理化學(xué)特性轉(zhuǎn)換［８］，氣溶膠混合結(jié)構(gòu)隨之改變。因為混合結(jié)構(gòu)等物理化學(xué)特性隨著氣逡逑溶膠的傳輸而改變，量化氣溶膠對輻射強迫、云的作用都成為了巨大的挑戰(zhàn)。舉例來說，逡逑隨著顆粒物的傳輸，外混的煙塵顆粒物逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)混顆粒物，呈現(xiàn)出煙塵核被硫酸鹽、逡逑銨鹽、有機物、硝酸鹽和水包裹的狀態(tài)。這會導(dǎo)致正輻射強迫，也會加強顆粒物的吸濕逡逑能力［９］。氣溶膠的消光系數(shù)、單次散射反照率以及非對稱參數(shù)等光學(xué)特性都與氣溶膠的逡逑混合結(jié)構(gòu)有關(guān)［９

．３氣溶膠混合結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀逡逑．３．１定置手段分析氣溶膠混合結(jié)構(gòu)逡逑很多研究用定量分析手段研宄氣溶膠混合結(jié)構(gòu)ｎａ邋１ｈ２８＿＆４３＿５（）］，還有一些實驗手段被逡逑來探究不同方面的氣溶膠混合結(jié)構(gòu)，，包括單顆粒分析、粒徑相關(guān)的氣溶膠質(zhì)量化學(xué)分逡逑技術(shù)。如單顆粒質(zhì)譜儀（ＳＰＬＡＴ）邋［４４］，可以用來實時的分析單顆粒組分、粒徑、密度逡逑形狀，并確定哪種組分在顆粒物的表面，這種物質(zhì)是部分還是全部包裹了顆粒物的表逡逑；氣溶膠時間飛行質(zhì)譜（ＡＴＯＦＭＳ）邋［１（Ｕ９￣４１４８＇５ｉ］，可以確定不同顆粒物組分的質(zhì)量及逡逑種組分的多樣性程度，平均多樣性程度與全樣整體多樣性程度可以確定整體混合系數(shù)，這個系數(shù)表征給定時間范圍內(nèi)顆粒物的混合狀態(tài)，？掃描／透射電子顯微鏡（ＳＥＭ／ＴＥＭ）逡逑Ｕ，ｗ＇４３，，可以獲得單顆粒形貌、粒徑、組成和混合結(jié)構(gòu)；掃描透射ｘ光顯微鏡逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X513

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李金華;潘永信;;透射電子顯微鏡在地球科學(xué)研究中的應(yīng)用[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2015年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 遲建偉;極地大氣中海鹽單顆粒的理化特性研究[D];山東大學(xué);2016年

本文編號：2596682