– 粗粒子主要来自天然源，如扬尘、海洋浪花等。
• 从粒径大小来看，0.1~10m大小之间的粒子危害最大。10m以上的粒子 由于惯性作用，被鼻与呼吸道黏液排除；小于0.1m的颗粒由于扩散作用 和布朗运动被黏附在呼吸道表面，随痰而排出；0.1~10m之间的粒子可 以直接到达肺细胞而沉积、积累，并能进入血液循环。
表 沉 降 速 率 和 沉 降 时 间 随 粒 径 的 变 化 （ 干 沉 降 ）
粒 径 / m 1
2
4
6
8
1 0 1 5
v （ cm /s）0 .0 2 6 0 .1 0 0 .3 8 0 .8 8 1 .6 2 .7 6 .0
t（ 天 ） 2 2 2 5 8 1 5 6 .6 3 .6 2 .1 0 .9 6
• 一般情况下得到的气溶胶粒径谱 分布图都是单峰型（新鲜的，核 模为特征）或双峰型（老化的， 细粒子和粗粒子为特征）的。在 排放源附近的新鲜气溶胶粒子的 表面积分布和体积分布，有可能 看到三峰型，例如带催化装置的 汽车尾气中的硫酸气溶胶，但需 要用不同的仪器才能观测到 （EAA-电子气溶胶分析仪、光学 颗粒计数器Royco220和250等）。
H2S→ H2SO4、 SO42-； NOx→ NO3-
3.3.2.2 人为源
一 次 气 溶 胶a.燃 烧 源 燃 料 机 械 粉 碎 ， D p>2m 加 热 蒸 发 ， D p<2m 燃 料 不 完 全 燃 烧 黑 烟 ， 烟 炱 ， 含 小 碳 粒 、 复 杂 有 机 物 ， D p<2m
b. 工 业 排 放0.1~100m ， 石 灰 、 水 泥 、 肥 渣 、 颜 料
粗粒子：与土壤有关的元素，Si、Al、 Mg、Fe、Ti、Ca、Mn
细粒子：H2SO4、SO42-、NO3-、NH4+、 有机POM、强挥发性和中等挥发性金属、 非金属元素As、Pb、Zn、V、Cu、Br
积聚模：二次气溶胶成分
3.3.5 气溶胶的化学组成 3.3.5.1 元素组成
几种常见元素地区分布（g/m3）
• 飘尘（suspended particulate matters，SPM）：可在大气中长期漂浮 的悬浮物称为飘尘，又称为悬浮颗粒物。其粒径主要是小于10m 的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道造成危害，同时 可以在大气中长期漂浮，易被污染物带到很远的地方，使污染范围 扩大，还可以为化学反应提供反应床。因此，飘尘是最引人注目的 研究对象之一。
一次气溶胶
二次气溶胶
天然源
人为源
天然源
人为源
46.0
202.0
26.0
147.0
4.0
430.0
30.0
10.0
269.0
6.0
198.0
27.0
源
H2S→SO42SO2→SO42NOx→NO3NH3→NO3HC→POM
92.0
1099.0
204.0
1000.00 200.00
4.00 200.00
的粒子，相应于lgr的数分布可表示
为：
dN d lg r
C1r3
粒子直径在0.1m ~10m范围内，
用对数形式作图时得到其中间的一
段与幂指数分布吻合得很好，直线
方程为
lg d/( d N lD g p ) lC g 2 3 .0l6 D g p
• 对于表面积分布和体积分布来说， 幂函数的模式不适用。
3.3.4 粒 径 分 布 与 气 溶 胶 的 物 理 、 化 学 性 质 之 间 的 关 系 3.3.4.1 光学性质
dI be x I
• I：光强；x：光程；be：消光系数，由气体、气溶胶引起； • be = bs（光散射）+ ba（光吸收） • = bsp（粒子） + bsg（气体） + bap + bag
• （1）爱根核模
• 主要来源于燃烧过程产生的一次气溶胶粒子和通过化学反应均相 成核转换成的二次气溶胶粒子，又称为成核型。多在燃烧源附近 新产生的一次气溶胶和二次气溶胶的面积分布或体积分布图中发 现。粒径小、数量多、表面积（或体积）总量大，随着时间的推 移，易由小粒子的相互碰撞合并成为大粒子，当其进入积聚模时 称为“老化”。在老化了的气溶胶粒子中就不易找到核模粒子了。
• 根据气溶胶粒子的组成及来源随着粒径大小而明显不同的特点，也可将 气溶胶粒子分为细粒子（fine particle, Dp＜2.5m或Dp＜3.5m）和粗粒子 （coarse particle, Dp＞2.5m 或Dp＞3.5m）两大类。
– 细粒子主要来自人为源如燃烧过程的烟尘，也包括火山喷发和森林火灾产生 的颗粒物，重金属毒物和有机致癌物、二次污染物等都集中在细粒子中。
• 在Junge的工作基础上，Whitby及其同事根据粒子的来源、化学特 征和去除过程与粒径的关系进一步确立了气溶胶的多模结构。用质 量、表面积或体积分布表示时，典型城市气溶胶的重要特征显得更 加明显。图中各曲线下的面积分别与相应的粒子数、粒子表面积和 粒子体积成正比。这种方法使气溶胶粒子的多峰形模结构特征表现 得更加明显。
485
1200
400
500
500
Mg 1.0 2300 3000
城市与郊区气溶胶元素及含量（g/m3）
元素
Be
Mg
Al
Si
Ca
V
Cr
Pb
城区
0.14
1080
2910
9020
3630
10.5
19
郊区 0.023 1000 1700 4970 2810
2.0
3.4
城/郊
6.1
1.1
1.7
1.8
1.2
5.2
1404.00
3.3.3 气
溶
胶
的
粒
径
分
布
3.3.3.1 气溶胶的粒径
• 大气颗粒物的大小或称粒径是粒子的最重要的性质。它反映了粒 子来源的本质，并可影响光的散射性质和气候效应，许多重要的 性质如体积、质量和沉降速度都和粒子大小有关。
• 粒子的大小一般用诸如当量直径或有效直径来表示，最常用的就 是空气动力学直径（Dp）。Dp的定义是：与所研究粒子有相同终 端降落速率的、密度为1的球体直径。目前大气化学文献中所用的 粒径值，除特别说明外，都是空气动力学直径。
一次气溶胶粒子。这种粒子的化学成分与地表土的化学成分近似， 各地区的平均值变化不大。主要靠干沉降和雨水冲刷去除。
• 细粒子和粗粒子之间很少相互作用，可以认为是相互独立的。核 模与积聚模之间的凝聚作用超过核模之间的凝聚作用，粗模与粗 模之间的凝聚作用以及积聚模与粗模之间的凝聚作用均可忽略。
• 实验证明：气体分子一旦成核， 开始阶段生长速度较快，后来逐 渐变慢，甚至在几小时内仍属于 核模范围。由于核模与核模之间 的作用引起的体积增加并不明显， 粒子直径只增大2~3倍，最多也不 会超过积聚模的粒径大小范围。
3.3 气溶胶化学 3.3.1 定义与含义
• 总悬浮颗粒物（total suspended particulates，TSP）：用标准大容量 颗粒采样器（流量在1.1~1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物 的总质量，是分散在大气中的各种粒子的总称。
– 是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。其粒径大小，绝 大多数在100 m以下，其中多数在10m以下。
2 0 1 0 0 .5 8
Dp（m） 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100
表 气溶胶传输距离与粒径关系 水平（km） 8 800 8000 8000 800 8 v=8m/s
垂直（m） 20
2000 20000 20000 2000
20 v = 2m/s
3.3.4.3 化学组成
3.3.4.4 人体健康
• 视程：日光下水平方向上能区分黑色目标物与背景的最远距离
V ln0.02 be
• 对可见光 be = bs V=3.9/bs • 对城市大气 bsp>>bsg be = bsp
• ==== V 3 .9 bsp
光散射效率与粒径分布关系 图
3.3.4.2 去除和传输过程
降雨对粒径三模态分布影响图
• 3.3.3.2 粒径分布函数表示方法
• Junge于1963年首先提出数分布函数，是以“幂指数定律”来表示 的，表达式为dN Crb dr
• 其中 b为幂指数；r为粒子半径；C是常数。
上式表明粒子的数目（1cm3空气中的）随粒子半径的增加而急剧 减少。
后来Junge等人又发现，对r>0.1m
• 降尘（dustfall）是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒 物中一般直径大于30m的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉 降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为 评价大气污染程度的指标之一。
• 可吸入粒子（inhalable particles，IP）：国际标准化组织（ISO）建 议，将可吸入呼吸道的粒径范围内（Dp≤10m）的粒子称为可吸入 粒子。粒子附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积下来，直接影响人 的呼吸，危害人体健康。因此IP是最引人瞩目的一类粒子。
3.3.2 气溶胶的来源
3.3.2.1 天然源
一 次 气 溶 胶 二 次 气 溶 胶
a. 扬 尘风 蚀 尘 、 生 物 微 粒 ； Dp>2m， 与 土 壤 化 学 成 分 相 近 b. 海 盐Dp>2m， 主 要 是NaCl、 M gCl2、 SO42c. 火 山 尘Dp>2m， 与 土 壤 相 近 d. 山 林 火 灾 尘Dp<2m， 主 要 是 有 机 物 质 e. 宇 宙 尘Dp>2m， 主 要 是 金 属 微 粒 a. 植 物 排 放Dp<2m b. 与 自 然 界N、 S循 环 有 关 的 化 学 转 化