3.3 Particle size在线视频

大家好，我们的课程是

环境工程专业英语。

本单元主题是

大气气溶胶中

最重要的参数，粒径。

我们知道粒径

是用于描述气溶胶性质的最重要参数。

颗粒物粒径，或者说直径，可以通过技术手段测量。

我们采用不同原理或技术

来测量颗粒物直径，

包括空气动力学直径，

电迁移直径，和光学直径。

这是用于测量颗粒物粒径的

三个主要手段。

事实上，不同的测量手段

将得到不同的直径数值。

通常，在大气化学中，

我们采用第一个手段，空气动力学直径，

来描述颗粒物直径。

例如，PM2.5，PM10或PM1

都指的是空气动力学直径。

我们知道

颗粒物粒径范围很广。

根据它的粒径范围，

我们把气溶胶分成三类。

一类是粗模态。

粗模态粒径在2.5-10微米之间。

这称为气溶胶的粗模态。

而积聚模态

指气溶胶粒径或直径

位于0.1-2.5微米之间。

对于较小的

粒径小于0.1微米的粒子，

它称为超细模态。

这些是气溶胶的三模态。

超细模态，积聚模态和粗模态。

三模态。

气溶胶的不同模态

和不同的组成乃至来源有关。

对粗模态而言，

它们多来自一次污染物，

或者说是直接排放的污染物。

而积聚模态

大多与二次污染物相关，

或者说是大气中形成的污染物。

而超细模态气溶胶大多是直接排放的，

或者说是大气中的一次污染物。

这是组成

不同模态气溶胶的典型组成。

我们可以看到，硫酸盐、硝酸盐和铵盐，

这些二次组分，

大多和积聚模态气溶胶相关。

例如，这儿，我们可以看到，

凝结的有机碳或硫酸，

所有那些一次污染物，

和超细模态相关。

而这些，例如，地壳元素，

和粗模态粒子相关。

因此，再次表明，不同模态的气溶胶

和气溶胶的不同组成紧密关联。

这幅图展示了不同大气中

典型的粒子粒径分布。

每幅图上有三条曲线。

第一条对应的是数浓度分布。

这一条对应的是面积分布。

第三条对应的是体积

或者说是气溶胶质量分布。

我们来看看

不同大气中的气溶胶质量分布。

我们可以看到，在城市地区，

有很典型的气溶胶双模态分布。

我们可以看到积聚模态有一个峰，

粗模态有一个峰。

这称为双模态。

我们回忆一下，在积聚模态，

污染物多为二次污染物。

而在粗模态，污染物主要是一次来源。

这意味着在城市地区，

一次和二次污染物

对气溶胶污染都很重要。

而在农村地区，我们可以看到，

一次污染物贡献更高。

这很合理，对吗？

因为在农村地区，

我们可以看到，例如，更多的扬尘贡献，

而扬尘的粒径往往更高。

因此我们可以看到较大粒径粒子的更多贡献。

而在偏远地区，人类活动稀少，

因此来自于

天然挥发性有机物的二次生成

导致偏远地区二次组分的升高。

正如我刚刚提到的，

粒径是用于描述气溶胶性质的

最重要参数。

那么为什么颗粒物粒径如此重要呢？

这就是理由。

首先，颗粒物粒径直接影响它的毒性。

事实上，不同粒径的粒子将在

人体不同部位沉积。

此外，光散射，

例如，能见度，也与粒径直接相关。

此外，颗粒物提供了大气中

有别于气相的另一个相介质。

因此能为大气化学反应

提供一种表面。

因此表面反应，这类表面反应，

依赖于颗粒物粒径。

较小的颗粒物，在颗粒物浓度相同的条件下，

能提供更大的表面积。

因此表面反应也依赖于颗粒物粒径。

此外颗粒物寿命，

它在大气中的停留时间，

这个寿命也依赖于颗粒物粒径。

我们知道，较小的颗粒物

会很快通过凝聚消失。

它很快长大成为更大的粒子。

而大的颗粒物，

可以通过沉降作用

很快从大气中去除。

因此积聚模态粒子可能

可以在大气中停留较长的时间。

因此颗粒物寿命也取决于粒径。

这些就是

为什么颗粒物粒径对大气中气溶胶如此重要的原因。

我们来看一些颗粒物粒径作用的例子。

首先，来看看它的健康效应。

这是不同粒径颗粒物的

沉积效率。

从这里我们可以看到，整体上，

我们可以看到随着颗粒物直径下降，

沉积效率下降。

之后，伴随直径下降沉积效率上升。

这意味着，总的来说，较小的粒子

在人体内的沉积效率较高。

在这个范围内有一个凹陷

展示了最小的沉积效率。

这个最小值产生的机制

在于，

颗粒物在人体内的沉积有两种机理。

一个是空气动力学机理，

另一个是热力学机理。

空气动力学沉积

随粒子粒径升高而更加有效。

这意味着，

当颗粒物粒径上升，

它更容易通过空气动力学沉积机理而沉积。

另一种机理称为热力学沉积，

它随粒子粒径降低而更加有效。

这意味着随着粒子粒径下降，

热力学沉积变得更加明显。

结合这两个机理，

就产生了位于0.2-0.5微米间的最小沉积。

这是一个

位于空气动力学和热力学沉积间的过渡带。

总体上我们可以看到，较小的粒子，

尤其是小于0.2微米的粒子，

能更有效地在人体沉积。

那么当然也就对人体健康损害更大。

另一个关于颗粒物粒径效应的粒子

在于它的光散射能力。

气溶胶的光散射效率，事实上，

在一定波长下强烈依赖于颗粒物粒径。

例如，我们考虑波长是0.5微米的可见光，

对这类可见光，

粒径在0.5-2微米的颗粒物

是最有效的光散射物。

这幅图展示了颗粒物散射效率

对颗粒物直径的依赖关系。

我们可以看到，对波长520nm的绿光来说，

这个颗粒物粒径

对散射这一绿光最为有效。

这是外场观测数据，

展示了不同模态气溶胶

的光散射能力。

从这幅图上我们可以看到，

爱根核模，红线，爱根核模，

对散射太阳光最为有效。

那么为了改善能见度，

降低爱根核模的气溶胶浓度将更为有效，对吗？

这是外场观测的一个例子。

无论如何，

可以看到颗粒物粒径的光散射效率。

粒径是一个

描述颗粒物性质的非常重要的参数。

这是本单元全部内容。

谢谢听讲。