《大气环境化学》课件：aerosol-03.ppt

1、最新国际背景大气气溶胶霾亚洲棕色云（ABC）灰霾黑碳气溶胶气候变化 二氧化碳减排 19951999年，一个由年，一个由200多位科学家开多位科学家开展展的印的印度 洋 大 气 科 学 试 验 （度 洋 大 气 科 学 试 验 （ INDOEX）的研究结果表）的研究结果表明：有一约三公里厚、明：有一约三公里厚、美国大陆面积大小的棕美国大陆面积大小的棕色污染霾层笼罩在印度色污染霾层笼罩在印度洋、南亚、东南亚和东洋、南亚、东南亚和东亚上空，称为亚洲棕色亚上空，称为亚洲棕色云（云（ABC）。此事将成为）。此事将成为继酸雨、沙尘暴之后的继酸雨、沙尘暴之后的又一跨境环境问题，并又一跨境环境问题，并涉及到人

2、类健康、农业涉及到人类健康、农业生产和气候变化。生产和气候变化。不同学科对灰霾的描述大气气溶胶(Aerosol) 理论概念能见度(visibility) 气象概念太阳辐射(solar radiation)气象概念空气质量(air pollution) 环境概念霾（Haze) 气象概念大气颗粒物(particulate) 理论概念大气粒子 （AP） 理论概念灰霾（Dust-Haze) 气象概念不同学科对灰霾的描述凝结核 CN 云物理概念云凝结核 CCN 云物理概念冰核 IN 云物理概念降尘 (dustfall) 环境概念飘尘 RSP 环境概念总悬浮颗粒物 TSP 环境概念可吸入颗粒物 PM10

3、卫生防疫学概念PM5.0 PM 2.5 PM1 空气动力学概念大气灰霾包含的五大类气溶胶组分 粉尘气溶胶（元素）硝酸盐（NOx转化)硫酸盐（SO2转化)碳气溶胶（有机和元素碳） 铵盐（NH3转化）大 气 灰 霾大气灰霾的化学特征大气灰霾的形成、输送、转化、清除和影响广州区域城市群大气灰霾的分布特征http:/ 形成霾天气的气象背景合适的大尺度天气形势气流停滞区、近地面静小风边界层强逆温层常伴有强日照和低相对湿度以上条件持续多日广州霾日的长期变化趋势能见度 10km RH90% 广州雾日的长期变化趋势能见度 10km RH 90-100%024681012141654-1-164-1-174-1

4、-184-1-194-1-104-1-1日 期天数/月广州霾日数逐年变化05010015020025019541959196419691974197919841989199419992004年 份天数/年能见度 10km RH90%惠州霾日的长期变化趋势05101520253054-1-164-1-174-1-184-1-194-1-104-1-1日 期天数/月能见度 10km RH90%惠州雾日的长期变化趋势05101520253054-1-164-1-174-1-184-1-194-1-104-1-1日 期天数/月能见度 10km RH 90-100%佛山、东莞、肇庆、中山霾日的长期趋势0

5、5101520253056-1-166-1-176-1-186-1-196-1-1日 期天数/月05101520253053-1-163-1-173-1-183-1-193-1-103-1-1日 期天数/月05101520253054-1-164-1-174-1-184-1-194-1-104-1-1日 期天数/月佛山东莞肇庆中山能见度 10km RH90%0510152025301957-1-11967-1-11977-1-11987-1-11997-1-1日期天数/月佛山佛山、东莞、肇庆、中山雾日的长期趋势05101520253056-1-166-1-176-1-186-1-196-1-1

6、日 期天数/月05101520253053-1-163-1-173-1-183-1-193-1-103-1-1日 期天数/月05101520253054-1-164-1-174-1-184-1-194-1-104-1-1日 期天数/月佛山东莞肇庆中山能见度 10km RH 90-100%0510152025301957年1月1967年1月1977年1月1987年1月1997年1月时间天数/月佛山3月16日广州出现2005年严重霾天气3月16日广州出现2005年最严重灰霾天气 能见度 1.62-3.96公里相对湿度 78910123450:002:004:006:008:0010:0012:00

7、14:0016:0018:0020:0022:00时间能见度(KM)707580859095相对湿度(%)能见度相对湿度2005年3月17-20日 污染雾与霾相互转化佛山肇庆中山02468100:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00时间能见度（KM）60708090100相对湿度（）能见度相对湿度02468100:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00时间能见度(KM)5060708090100相对湿度(%)能见度相对湿度0510152025300:002:

8、004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00时间能见度(KM)01020304050607080相对湿度(%)能见度相对湿度0510152025300:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:1018:1020:1022:10时间能见度(KM)01020304050607080相对湿度(%)能见度相对湿度2005年广东省霾天数分布图11011111211311411511611720212223242526南雄连州曲江佛岗连平梅县封开广宁高要清远从化广州东莞河源五华潮州普宁汕头信宜罗定恩平顺德中山珠海深圳汕尾

9、湛江茂名阳江徐闻10305070901101301501702005年霾日分布（能见度 10km 、 RH90% ）霾与空气质量严重的霾天气和空气质量有一定关系，但是，霾天气指的是大气边界层乃至对流层低层整体的大气浑浊现象，而空气质量仅仅是描述贴地层几米厚的薄层的情况，公众对大气浑浊现象的抱怨是指几公里厚气溶胶云的灰霾天气， 霾与空气质量仅仅监测空气质量不能了解灰霾天气的形成机制，也不能寻找合理的应对措施 讨论霾天气应该主要依靠卫星遥感手段研究霾天气的区域性特征，利用气溶胶光学（辐射）特性来了解霾天气造成的长距离大气浑浊现象，分析水平能见度和垂直能见度恶化的机理。 e (总消光系数 )：Tra

10、nsmissometer s (散射系数 )：Nephelometer a (吸收系数 )： AethalometerapagspsgaseRayleigh scattering（瑞利散射） NO2 、O3、H2O、CO2气体吸收 能见度理论：(Koschmieder equation)eeMOR912. 3)ln(能见视距能见视距-气溶胶浓度（ug/m3）与细粒子所占比例2004.42004.52004.82004.92004.102004.112004.122005.1PM2.569.1 79.2 65.2 82.5 125.2 99.5 100.6 134.2 PM10118.2 115

11、.0 106.0 125.2 211.4 164.3 164.9 174.0 PM2.5/PM1058.367.062.665.7 60.861.861.777.9气溶胶浓度（ug/m3）与细粒子所占比例时间细粒子PM10细粒子/PM10198954.8117.046.82004-200594.4147.464.1广州2005年11月PM10、PM2.5、PM1与能见度0.00050.000100.000150.000200.000250.000300.0002005年11月9日2005年11月10日2005年11月11日2005年11月12日2005年11月13日2005年11月14日200

12、5年11月15日2005年11月16日2005年11月17日2005年11月18日2005年11月19日2005年11月20日2005年11月21日2005年11月22日2005年11月23日2005年11月24日2005年11月25日2005年11月26日2005年11月27日2005年11月28日2005年11月29日2005年11月30日2005年12月1日ug/m3010203040506070PM10PM2.5PM1能见度2006年4月19日广州能见度、粒子谱0123456789100:003:006:009:0012:0015:0018:0021:00北京时间能见度（km）0102

13、030405060708090100相对湿度（%）能见度相对湿度0501001502002503000246810121416182022北京时间质量浓度（ug/m3）PM10PM2.5PM1.00.0E+002.0E+074.0E+076.0E+078.0E+071.0E+081.2E+080.25 0.28 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.58 0.65 0.70.811.31.622.533.5456.5 7.58.51012.5 1517.52025303234粒子尺度（um）数密度（个/升）能见度 2.1-8.7kmRH 59-88%粒子峰值直径 0.28um粒子平均

14、直径 0.31um2006年4月8日广州能见度、粒子谱02468101214160:003:006:009:0012:0015:0018:0021:00北京时间能见度（km）0102030405060708090100相对湿度（%）能见度相对湿度0204060801001200246810121416182022北京时间质量浓度（ug/m3）PM10PM2.5PM1.00.0E+005.0E+061.0E+071.5E+072.0E+072.5E+073.0E+073.5E+074.0E+074.5E+070.250.30.40.50.650.81.32346.58.512.517.52532

15、粒子尺度（um）数密度（个/升）能见度 3.7-13.6kmRH 63-90%粒子峰值直径 0.28um粒子平均直径 0.31um2006年4月2日广州能见度、粒子谱012345670:003:006:009:0012:0015:0018:0021:00北京时间能见度（km）707580859095相对湿度（%）能见度相对湿度050100150200250300024681012.11416182022北京时间质量浓度（ug/m3）PM10PM2.5PM1.00.0E+001.0E+072.0E+073.0E+074.0E+075.0E+076.0E+077.0E+078.0E+079.0E+

16、071.0E+080.25 0.28 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.58 0.65 0.70.811.3 1.622.533.5456.57.58.51012.515 17.52025303234粒子尺度（um）数密度（个/升）能见度 1.4-6.4kmRH 78-92%粒子峰值直径 0.28um粒子平均直径 0.32um扩散条件决定性的控制因素就是气象条件大尺度环流背景区域流场特征边界层垂直结构粒子轨迹代表月气流后向轨迹佛山肇庆中山1月4月10月7月各季节排放粒子轨迹概率分布佛山肇庆中山 珠江三角洲PM10浓度变化 PM10浓度雨季较低，旱季较高。珠三角各城市API的高相关

17、性显示了珠三角的污染具有区域性特征。 2004.1.42004.1.10严重灰霾过程当珠江三角洲日均风速小于1.5m/s时，广州API几乎都大于100；当风速大于2m/s时，API都小于60，两者有很好的反相关关系，相关关系达到了-0.8607。 2004年1月5日00时至1月9日23时近地层风的120小时矢量和 整个珠江三角洲甚至其周围地区风的矢量和非常小，在1m/s以下，污染物的水平扩散条件很差，气流停滞区造成污染物的停滞、积累，致使此段时间珠江三角洲灰霾非常严重。 清洁过程 2005.11.152005.11.21当珠江三角洲日均风速小于2m/s时，广州API都大于50；当风速大于2m/

18、s时，API都小于50，两者有很好的反相关关系，相关关系达到了-0.8293。2005年11月15日00时至11月20日23时风的120小时矢量和整个珠江三角洲甚至其周围地区风的矢量和比较大，在3m/s左右，污染物的水平输送条件很较好。台风个例分析珠江三角洲在副热带高压控制下台风外围环流下沉气流偏北气流翻越南岭下沉增温平均风速小2003年11月初重污染事件（10.24-11.3）广州市2003年10月16日11月6日空气污染指数趋势图05010015020025030035010-1610-1710-1810-1910-2010-2110-2210-2310-2410-2510-2610-27

19、10-2810-2910-3010-3111-111-211-311-411-511-6日期空气污染指数2003年11月初重灰霾事件（10.27-11.7）广州2003年10月16日至11月10日能见度变化02468101214161820161718192021222324252627282930311234567891011日期能见度 公里2003年11月下旬重灰霾污染事件（10.27-30）2003年11月下旬重灰霾污染事件（10.31-11.3）（来自刘启汉）混合层高度下降（风廓线雷达和激光雷达合成） 强热带风暴强热带风暴“茉莉茉莉 0319”环流影响珠江三角洲环流影响珠江三角洲珠江三角洲处于强热带风暴珠江三角洲处于强热带风暴“茉莉茉莉 0319”外围下沉气流区外围下沉气流区气态前体物及直排颗粒物 SO2, NO2, CO, EC, Soil dust, Ozone, VOC etc. 强日照 静小风 低湿度Sulfate, Nitrate, Organics, 大气中严重的“灰霾”广州广州 2003年年 11月月2日日广州广州 2003年年 11月月3日日形成严重的灰霾天气形成严重的灰霾天气广州广州 2003年年 11月月3日日珠三角普遍存在光化学烟雾形成的细粒子污染！细粒子在气溶胶中占6070！大气扩散能力是宝贵的气候资源！