– PM2.5/PM10 = 40%-70%; – (NH4++SO42-+NO3-+SOC)/PM2.5 = 40-70%
• 化学成分-大气环境质量：PM2.5或PM10的化学组成，进 而弄清来源(CMB源解析）
• 化学成分-粒径：谱分布，不同模态颗粒物行为和来源 • 化学成分-效应：气候变化IPCC报告中给出硫酸
消光的粒径 – 混合态：内混和外混，内混消光消光增强
• 目前仅有的PM10不足以说明灰霾的成因，需要对 细和超细颗粒物物理、化学和光学特性多种参数的 同时测定。
二次颗粒物的生成与区域灰霾
Precursor emissions disperse in the atmosphere, convert into secondary particles through complex atmospheric chemical reactions, then travel long distances to deposit in remote areas far from their source.
3
燃煤飞灰（PM2.5） coal-burning flyash
燃重油颗粒物 diesel engine combustion
冶金粉尘（PM1） metal smelter
内燃机排放颗粒物 gasoline engine combustion
气溶胶粒径－浓度/化学组成－性质－影响
o 气溶胶粒子无处不在，无时不在。
o 化学组成
o 无机组成：离子 元素 o 有机组成：EC OC WSOC Organic Speciation
SOA, POA, POM, OM
大气颗粒物已成为我国城市大气的首要污染物
随着大气污染控制和能源结构的改变，颗粒物污染越来越表现
为细粒子和超细粒子的污染;空气质量标准TSPPM10PM2.5。
120
R e st
Norm a l
Ex e rcise
100
沉 降 80 量
60
L u肺n g部
鼻N o腔se
M o u 口th (I腔S O )
%
40
20
T支ra c气h e管a
0
0 .0 1
0 .1
1
10
100
P颗a r t粒ic l物e A空e r o气d y动n a力m i学c D直ia 径m e te r (m ic r o n s )
颗粒物形貌和来源
2
颗粒物形貌和来源
一次来源 天然源 生物源：细菌、花粉、植物 蜡 森林大火、火山爆发、海盐 沙尘、风扬尘 人为源 道路尘、建筑尘 各种燃烧过程 工业锅炉、机动车排放、餐 饮、生物质燃烧
二次来源 SO2 SO42NOx NO3NH3 NH4+ VOC挥发性 有机物 SOA 二次有机颗粒物
PM2.5的环境行为及效应
o 光的散射和吸收 o 云凝结核 o 干沉降 o 远距离输送
o 污染物载体 o 进入呼吸道 o 化学反应床
降低大气能见度 致酸物质 危害生态系统 区域性酸沉降 区域及全球气候变化 携带有害有毒污染物 影响人体健康 多相化学反应
小粒子，大问题
局地大气污染 负面的健康效应 城市能见度下降
盐,EC/OC, mineral dust的辐射强迫，而不是PM2.5或 PM10，与健康效应相关的有毒有害组分
大气颗粒物污染与灰霾
• 灰霾反映在能见度下降，能见距降低； • 是由于颗粒物对光的散射和吸收造成的，与颗粒物
– 粒径大小有关，尺度参数，0.1-1m有效削光，Mie散射。 – 化学组成，不同化学组成折射率不同 – 吸湿性有关，硫酸盐、硝酸盐和铵盐等吸湿长大到有效
o 在大气中的浓度：
o 质量浓度：TSP, PM10, PM2.5。集中在积聚模和粗模态 o 数浓度：污染城市高达105个/cm3。集中在核模和积聚模
o 表面积浓度
o 体积浓度
o 粒径：跨4－5个数量级，从几个nm－100m。
o 化学组成：
o 几乎涵盖了所有化学组成 o 浓度含量从g/m3-ng/m3
区域大气污染 酸沉降，对湖泊、森林等生态系统造成危害 水体富营养化，影响水体质量
全球大气污染 影响地球辐射平衡，以及全球变化 气溶胶平流层臭氧损耗提供反应表面并催化，南极臭氧洞
其它 2%
未知 10%
地壳类
18%
o 多种采样和分析方法结合
有机物 29%
EC 3%
o 严格的QA/QC
NH4+
7%
SO42-
18%
Cl NO3- 2% 11%
颗粒物的物理化学特性
o 物理特性
o 粒径分布 3nm – 100 m o 光学特性 削光（散射、吸收）与粒径大小和化学成
分有关 o 动力学性质 o 吸湿性 Hygroscopic growth factor o 电学性质
病毒
细菌
0
0.01 0.1
预混火焰的烟炱
1n m 10
PM2.5 PM10 100 m 1 m m 10 m m
100 1000 10000 1E+05 1E+06 1E+07
D e p o s itio n (P e r c e n t)
INH细A、L超A细T颗IO粒N物P进R入O人P体E的R部T位IES
10
8
PM 0.1
PM 2.5
PM 10
TSP
6
Relative Concentration
Condensation Droplet
4
2
碳
硫酸盐 硝酸盐
铵盐 有机碳化物Ultrafine
Accumulation
Coarse
超细粒子
细粒子
粗粒子
0.01
0.1
1
10
100
颗粒物化学组成
大气颗粒物几乎包含了自然界存在的所有元素
• 海洋上空的气溶胶的化学元素组成与海 水的元素组成相似；
• 干净大陆气溶胶的元素组成与地壳物质 的元素组成相似；
• 城市大气气溶胶则不但包含了地壳中丰 度很高的元素，还包括了各种各样的工 业污染元素。
化学特性
• 化学成分-大气化学过程：二次组分的转化机制。尤其 是细和超细粒子中的二次组分
Particle Aerodynamic Diameter (µm)
大气中各种颗粒物的粒径范围
1
可吸入颗粒物 PM2.5
纳米级超细粉
风沙
地面扬尘
H2 O2 CO CO2 SO2等气体分子
人呼吸道中沉积的颗粒
香烟等烟雾
内燃机烟炱
燃烧升华后的凝结微粒 面粉，煤粉等 静电除尘后的粉煤灰,冶炼灰等 海风携带盐