气溶胶粒度分布的在线测量实验研究

随着雾、霾等气溶胶引起环境问题的加剧,对大气气溶胶特性的研究也越来越深入。该文重点研究了光学粒径谱仪在气溶胶粒度分布在线测量上的应用。通过对比3款典型粒径谱仪的测量原理、测量范围、测量精度等特征,选用光学粒径谱仪系列(OPS)是比较适合在线测量自然环境下大气气溶胶粒度分布的。通过一系列对大气气溶胶中典型的固体和液体气溶胶的在线测量实验,发现更换HEPA过滤器对在线测量的结果有影响,而不同采样时长和不同通道区间不会影响OPS对大气气溶胶的在线测量。     

气溶胶吸湿和挥发特性测量的VH-TDMA装置研究

设计搭建了一套挥发性吸湿性-串联差分电迁移率分析仪(VH-TDMA)装置,并将其用于实际大气气溶胶吸湿和挥发特性测量研究.挥发特性测量单元甶4根加热管并列组成,加热温度分别设为25,150,250,350℃,可实现不同加热温度之间的快速切换,与传统的VTDMA相比,可以获得更高的时间分辨;吸湿特性测量单元利用全氟磺酸管对气溶胶样品进行加湿处理,相对湿度在10%~90%范围可控,加湿精度为1%.利用实验室气溶胶发生系统产生的氯化钠和硫酸铵气溶胶,对该装置的粒子损耗、挥发及吸湿特性测量的准确性进行了评估,测量结果与文献报道值一致,验证了系统的可靠性和准确性.将该装置运用于外场综合观测实验中,在安徽省寿县国家气候观象台对夏季大气溶胶的吸湿和挥发特性开展了测量研究.结果表明,该地区气溶胶的吸湿生长因子与粒径正相关,含碳气溶胶的混合态呈现明显的日变化趋势.     

北京地区大气消光特征及参数化研究

为了研究大气消光系数的特征及规律,从2013~2014年在北京地区对大气能见度、气溶胶质量浓度、气溶胶散射系数、黑碳质量浓度、反应性气体以及气象要素开展了系统加强观测,并对已发表的气溶胶光散射吸湿增长因子[f(RH)]拟合方案进行了对比,系统分析了大气消光特征和影响大气消光能力的关键因子,最终建立了大气消光系数参数化模型,探讨不同季节、不同污染条件下参数化方案的特征.结果表明,气溶胶散射作用占环境总消光作用的94%以上,在夏秋季,相对湿度可以使气溶胶的散射能力提升70%~80%.包含气溶胶质量浓度和相对湿度两个因子的参数化模型,可以较好地体现出气溶胶和相对湿度对大气消光系数的影响机制,以及消光能力的季节差异.     

炸药爆炸条件下钚气溶胶扩散研究综述

对炸药爆炸条件下,钚气溶胶扩散研究中的源项特性和扩散模型进行了总结,并对扩散模型的特点进行了评述和对比.根据事故应急响应要求对扩散计算模型的选择进行了相关讨论,同时提出钚气溶胶扩散研究中值得关注的问题.     

基于积分响应模型的气溶胶静电分级器设计与粒径分布测量

为改善气溶胶静电分级器分级测量性能,建立了其传递函数和积分响应理论模型.通过对关键参数理论模拟,设置了静电分级器样气流速、鞘气和样气流速比例等关键参数,并且通过试验对理论模型进行了验证,评价了该静电分级器分级测量性能.模拟结果表明,提高气流流速可以改善静电分级器的分级性能,而鞘气和样气流速比例过大会降低其传输效率,过小则会影响分辨率,流速比例可以设定为5~25.试验结果表明,积分响应理论计算的粒子数浓度与该静电分级器试验测量结果呈线性相关（R2=0.98）.研究显示,该静电分级器测量粒径与预测粒径的误差在5.0%以内,线性相关（R2=0.99）,且测量多个单分散和多分散粒径浓度谱型与商业化SMPS（scanning mobility particle sizer,扫描电迁移颗粒物粒径谱仪）基本一致,该传递函数和积分响应模型显著提高了静电分级器分级测量性能.      

大气气溶胶干沉降研究进展

从干沉降速度定义出发,综述了过去几十年来国内外在气溶胶干沉降实验技术和理论方面的主要进展.气溶胶粒子从大气向地表沉降的过程决定于颗粒物的粒径、密度和空气粘性系数,同时受空气动力学阻力、粘滞层阻力和表面收集阻力的影响,这些阻力分别与大气层温度、风速、相对湿度等微气象条件密切相关.获取干沉降速度的方法主要有示踪法、梯度法和涡流相关法等.风速的三维瞬时量、动能、摩擦速度、温度和涡旋扩散系数可由超声风速温度仪测定.由于气溶胶具有很宽的粒径谱分布,通常使用几台仪器（如串联式多级采样器、空气动力学粒径谱分布仪和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪）进行联合测量.干沉降参数化方案中,基于斯托克斯定律的物理模型着重于平衡重力、浮力和阻力的作用,半经验方案则进一步考虑了大气湍流、分子运动以及表面捕获机制包括布朗扩散、碰撞、截留、反弹、热泳和扩散泳.然而,参数化方案预测结果在某些粒径段与外场测量数据仍存在显著差异.结合目前干沉降研究存在的问题,对今后气溶胶干沉降的研究方向和技术方法进行了展望.     

复合污染条件下人为源VOCs的SOA生成研究进展

大气细颗粒物(PM_2.5)仍是我国空气质量持续改善的重大挑战.近年来,二次有机气溶胶(SOA)对PM_2.5的贡献日益凸显.因此,深入认识复合污染条件下SOA生成机制和影响因素可以为进一步降低PM_2.5提供重要理论依据.实验室模拟是深入认识SOA生成机制的关键途径,也是模式模拟参数化方案的可靠来源之一.主要综述了我国多污染物共存条件下典型人为源挥发性有机物(VOCs)的SOA生成研究进展,包括汽油蒸气VOCs、生物质燃烧VOCs和含氧VOCs形成SOA过程中,前体物浓度、芳香烃含量、无机气体、种子气溶胶和相对湿度(RH)等不同因素对SOA生成的影响;阐述了实际大气VOCs的SOA生成潜势及其影响因素,最后提出了目前在SOA机制研究方面存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

大气气溶胶消光系数的计算方法研究

基于Mie散射理论,在过去的同种颗粒消光系数计算的基础上,对多种成分颗粒的大气气溶胶,建立了消光系数的平均(理论的)计算方法,同时,利用容积占比等效折射率,建立了消光系数的等效计算方法,验证了该等效法的可靠性。随着最近实验测量技术的发展,可将大气气溶胶分成成分相近的若干组分,应用上述方法可按这些组分去计算成分复杂的实际的大气气溶胶的消光系数。对Kleiner Feldberg测量数据的应用得到了较理想的结果,这充分说明了方法的可靠性和可行性。该方法的建立,不仅为气溶胶的光学特性研究提供了一个新的理论方法,也为分析大气环境质量提供了有力的支持。     

一种气溶胶测量仪器标定系统的设计及性能评估

对气溶胶测量仪器进行准确标定是保证大气环境及污染源颗粒物测量数据质量的重要前提.本研究搭建了一套多分散在线标定气溶胶测量仪器的系统,该系统采用超声气溶胶发生装置产生多分散颗粒物,并用空气动力学粒径谱仪对颗粒物粒径分布进行测量.评测结果表明该系统干燥腔室内气溶胶稳定、均匀,且符合对数正态分布.以采样器为例,已有研究多使用单分散离线标定方法对采样器切割性能进行标定,该方法操作繁琐、实验周期长.利用多分散在线标定系统对PM_(2.5)和PM_(10)双级虚拟撞击采样器进行标定,并与单分散离线标定方法进行了对比,两套系统的标定结果呈现较好的一致性,但多分散在线方法大大缩短了标定实验周期.     

基于天津市在线数据评估ISORROPIA-Ⅱ模式结果及气溶胶pH的影响因素

气溶胶酸性与颗粒物性质及二次颗粒物暴发性增长密切相关.气溶胶pH难以直接测量,通常利用热力学模型进行计算.ISORROPIA-Ⅱ是常用热力学模型之一,包括不同的模式和气溶胶状态(forward和reverse模式,stable和metastable状态),研究表明,选择的模式和相态不同,其计算的pH结果也会有差异.且除模式相态选择外,还存在其他因素也会对模型结果产生影响.为探讨在我国典型城市大气污染特征下,ISORROPIA-Ⅱ合适的模式选择以及模型结果的影响因素,本研究利用天津市高时间分辨率在线小时数据,对不同模式和气溶胶状态下的模拟结果进行了分析.结果表明,使用forward模式和metastable状态的pH计算结果较为理想.温度升高,pH、气溶胶水含量、半挥发性组分气溶胶相中浓度占比均降低.RH通过影响气溶胶水含量和半挥发性组分浓度影响气溶胶pH值.阳离子浓度升高均会不同程度地导致pH升高、气相中NH_3浓度升高及HNO_3浓度降低;而阴离子则相反.Ca~(2+)、 SO_4~(2-)、 NO~-_3和NH~+_4对pH影响较大;与 SO_4~(2-)相比,NO~-_3对pH影响较小; NH~+_4对pH的影响存在敏感区,高浓度NH~+_4不会导致pH持续升高.本研究可提高对ISORROPIA-Ⅱ模拟我国城市大气气溶胶pH的理解,为我国开展pH相关的二次生成机制、半挥发性组分气粒分配和污染控制措施等相关研究提供参考.     

可吸入颗粒物中非晶质含量的原样XRD分析

为了获取尽可能完整的样品信息,直接利用采集的大气PM10原样进行非晶质X射线衍射(XRD)的定量分析.按照实际PM10的构成用玻璃纤维滤膜采集人为模拟大气结晶颗粒物样品,结合实验拟合得到的滤膜衍射图,推导出根据空白滤膜衍射强度计算不同样品载量时滤膜的衍射强度公式,从而消除了滤膜的基底效应的影响,并计算出实际大气样品中非晶质的衍射强度.采用无定形碳模拟大气中的非晶质,通过测定纯碳的衍射强度,得到纯碳比空白玻璃纤维滤膜的参比强度K为0.59,类比绝热法求出非晶质的质量百分比.应用该方法对北京市2010年冬季采集到的一组大气可吸入颗粒物样品进行了原样XRD分析,得出其非晶质含量分别为10.44%、13.83%、15.12%、15.88%和11.96%.     

基于单颗粒质谱信息气溶胶分类方法的研究进展

气溶胶质谱仪在对气溶胶颗粒的监测过程中会产生大量单颗粒的化学成分和粒径信息,基于这些质谱数据能够推测颗粒的来源。而对气溶胶来源的分析,很大程度上是由颗粒的种类决定的,故对海量数据的分类就成为不可忽略的步骤。针对气溶胶质谱仪采集到的数据,概述了用于气溶胶分类的多种方法的理论核心、分类步骤及各自的优缺点等。据此可为今后气溶胶分类方法的研究提供建设性意见。     

黑碳仪测量气溶胶吸收系数的校正算法和影响因素研究进展

黑碳仪作为常用的吸收系数测量方法之一,广泛应用于气溶胶光吸收特性的实验室和外场观测研究.然而,受测量方法的限制,吸收系数测量的准确性受到颗粒物负载效应,以及滤膜和颗粒物的多重散射效应的影响.本文综述了黑碳仪的测量原理及现有校正算法,探究了其吸收系数测量的影响因素,分析了黑碳气溶胶的混合状态对其吸收系数测量偏差（C_ref’）的影响,探讨了C_ref’与气溶胶单次散射反照率（SSA）的关系以及C_ref’的波长依赖关系,并提出了今后相关研究的建议.     

在线单颗粒气溶胶质谱SPAMS对细颗粒物中主要组分提取方法的研究

在对美国气溶胶飞行时间质谱仪(aerosol time-of-flight mass spectrometer,ATOFMS)和中国单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)前期研究调研的基础上,总结并比较了国内外飞行时间质谱(time-of-flight mass spectrometry,TOF-MS)研究中含硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳(OC)和元素碳(EC)等5种主要组分颗粒的典型提取条件.结合SPAMS单颗粒谱图的特点,本研究通过限定示踪离子,对5种主要组分的提取方法进行改进,提出了新的SPAMS组分示踪离子提取方法.以北京市2013年1月SPAMS实测数据为例,对不同提取方法的结果进行对比分析.并将本研究方法 SPAMS主要组分结果与离线滤膜样品的实验数据进行对比,验证了本研究所提出的优化方案的合理性.同时指出SPAMS在未来的应用研究中需考虑的因素及进一步深入的研究方向.     

Prediction of the amount of urban waste solids by applying a gray theoretical model

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＵｒｂａｎｗａｓｔｅｓｏｌｉｄｓａｒｅｍｏｓｔｌｙｐｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌａｒｅａｓ ,ｆａｃｔｏｒｉｅｓｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ,ｍａｒｋｅｔｐｌａｃｅｓ,ｈｏｔｅｌｓ,ｒｅｓｔａｕｒａｎｔｓ,ｓｔｒｅｅｔｓａｎｄｏｔｈｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｓ.ＷｉｔｈｔｈｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｌｌｏｖｅｒＣｈｉｎａ ,ｕｒｂａｎｗａｓｔｅｓｏｌｉｄｓａｒｅｎｏｗｂｅｃｏｍｉｎｇｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｃｒｕｃｉａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ…     

Prediction of the amount of urban waste solids by applying a gray theoretical model

Urban waste solids are becoming one of the most crucial environmental problems.There are several different kinds of technologies normally used for waste solids disposal ,among which lanfill is more favorable in China than others,especially for urban waste solids.Most of the design works up to now are based on a roughly estimation of the amount of urban waste solids without any theoretical support, which lead to a series problems.To meet the basic information requirements for the design work ,the amount of the urban waste solids was predicted in this research by applying the gray theoretical model GM(1,1)through non-linear differential equation simulation.The model parameters were estimated with the least square method(LSM) by running a certain MATALAB program,and the hypothesis test results show that the residual between the prediction value and the actual value approximately comply with the normal distribution N(0,0.21^2),and the probability of the residual within the range(-0.17,0.19) ismore than 95%,which indicate obviously that the model can be well used for the prediction of the amount of waste solids and those had been already testified by the latest two years data about the urban waste solids from Loudi City of China.With this model,the predicted amount of the waste solids produced in Loudi City in the next 30 years is 8049000 ton in total.     

基于观测的大气气溶胶散射吸湿增长因子模型研究 ——以2006 CAREBeijing加强观测为例

在2006年北京加强观测期间,以颗粒物－液体转换采集系统(PILS)测量的气溶胶各可溶性离子组分的质量浓度、颗粒物分级采样器(MOUDI)测量的各可溶性离子组分及有机碳(OC)、碳黑(EC)的分级质量谱分布为基础,对离子组分的可能存在形态进行判断,计算了化学组分质量浓度及各化学物种的粒径数谱浓度;利用Mie模型及各化学物种的密度、折射率、吸湿粒径增长因子等参数计算得到外混、内混的粒子群在干燥状态、不同相对湿度下的散射系数,最终计算得到不同化学组分外混、内混状态下的散射吸湿增长因子;将模型模拟的气溶胶散射吸湿增长因子与观测得到的该因子进行对比,发现模拟值与观测值能够在一定误差范围内吻合,实现了该因子的闭合实验.     

天津市春季气溶胶消光特征和辐射效应的数值模拟

根据GRIMM气溶胶粒谱分析仪对粒子数浓度在线观测资料,拟合了天津市春季霾日和非霾日的气溶胶粒子谱分布,结合同期气溶胶样品化学组分分析结果,利用米散射理论计算分析霾日和非霾日气溶胶消光特征.在此基础上,对辐射传输模式LOWTRAN7中气溶胶光学参量进行了修正,利用修正后的模式模拟霾日和非霾日的地面辐射通量密度.结果表明,观测期间非霾日气溶胶消光系数平均为0.253km-1,散射系数平均为0.213km-1.霾日气溶胶消光系数平均为0.767km-1,散射系数平均为0.665km-1.对比模式计算的辐射通量密度与观测值,表明短波辐射模拟效果较好.     

基于自助法与云模型的区域旱灾风险评估及区划研究

区域旱灾风险评估与区划是科学揭示旱灾风险系统要素相互作用与演变机制的基础性工作,可为制定区域旱灾风险防控措施、实现旱灾风险管理提供合理有效的决策依据。为系统描述区域旱灾风险系统包含的随机性、模糊性及未确知性等复杂不确定性信息,论文基于随机抽样Bootstrap方法在合理构建区域旱灾风险系统样本方案集的基础上,将传统的确定性旱灾等级标准进行云化处理,采用正向正态云算法对区域因旱受灾风险系统Bootstrap样本集进行风险估计,并借助ArcGIS自然间断点分级法对区域旱灾风险分布状况进行区划研究,最终建立了基于自助法与云模型的区域旱灾风险评估及区划模型。该模型在安徽省的应用结果表明：1）云模型方法能较好地描述旱灾风险系统的不确定性,计算所得的旱灾风险率区间估计结果能进一步反映风险内涵;2）淮北平原（阜阳市、宿州市、亳州市、滁州市）、江淮丘陵地区（六安市）及皖东南山区（黄山市、池州市）未来发生旱灾风险事件的总体概率较大,是安徽省旱灾风险管理的重点区域。可见,采用云模型方法进行旱灾风险评估能进一步降低旱灾风险系统不确定性对评估结果的误差影响,对区域旱灾风险评估及区划的理论与实践研究具有参考应用价值。     

上海浦东地区气溶胶散射系数及影响因子

利用上海浦东站2008年的积分浊度计观测资料,研究超大城市工作和生活环境中气溶胶散射系数的特征及其影响因子.结果表明,人为活动对本站气溶胶的散射系数具有一定影响,工作日的散射系数明显大于休息日.在边界层演变和人为排放的共同作用下,散射系数呈现"双峰一谷"的日变化特征."周末效应"的计算结果表明,交通排放是形成早晨8～9点散射系数强峰的主要原因,而夜间20～21点的次峰则主要是混合层降低向近地面逆温转化的结果.由于周边环境不同,地面风对本站气溶胶的扩散和输送作用差异明显,导致散射系数在不同风向区间的分布差异非常显著.东风时散射系数随风速增大连续减小,其作用主要表现为扩散降低气溶胶浓度;而西风时,在某些风速区间,散射系数随风速增强而明显增大,人为活动产生的输送对本站气溶胶散射系数具有明显影响.