黄山地区云凝结核与气溶胶化学成分的特性及其关系

发布时间：2018-01-11 17:20

本文关键词：黄山地区云凝结核与气溶胶化学成分的特性及其关系　出处：《南京信息工程大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为研究华东背景黄山地区云凝结核(CCN)和气溶胶水溶性离子(WSI)的垂直分布特征,以及气溶胶化学成分对其吸湿特性和活化能力的影响,在2011和2012年黄山的不同高度观测了CCN浓度、气溶胶水溶性离子以及气溶胶的吸湿活化特性,分析了黄山CCN浓度和水溶性离子在不同高度的垂直分布特征,探讨了气溶胶中化学成分对吸湿特性和活化能力的影响。总体分析结果显示,黄山地区气溶胶和CCN浓度与污染城市相比较小,CCN核谱类型属于清洁大陆型,表明黄山受到的局地污染小,大气环境相对清洁。由三个高度CCN浓度的高相关性以及WSI的主成分分析表明影响黄山不同高度气溶胶的气团是相同的,污染气团在远距离传输过程中老化,使得可溶性成分在气溶胶中占到很大的比例,增强了黄山气溶胶的吸湿性。山底较高浓度的气溶胶粒子和二次离子表明了人为源排放的影响比山顶大,另外由于边界层的抬升和山谷风的共同作用,山底的气溶胶粒子在向上输送的过程中因干湿沉降和稀释效应造成了一定损失,使得黄山地区的气溶胶、CCN和离子的浓度都是随高度的升高而递减的。总体来说,由于黄山地形复杂,黄山地区的气溶胶不仅受到远距离输送的污染气团影响,高山地区气流的垂直输送作用同样对气溶胶的理化性质有着重要影响。对CCN、WSI、吸湿性的具体观测结论如下：2011年6月利用云凝结核计数器在黄山三个不同高度处对CCN进行观测。观测结果表明,不同高度的CCN浓度随时间的变化趋势基本一致,CCN浓度随高度的升高而减小,过饱和度为0.8%时山顶、山腰、山底CCN浓度平均值分别为1105.62、1218.39和1777.78cm-3,山底的高CCN浓度(大于1000cm-3)出现频率大于山腰和山顶,表明山底受周边污染源的影响较山顶和山腰大。山顶和山底CCN的日变化曲线均为双峰型,两个峰值分别出现在午前和午后,与大气边界层高度及山谷风变化有关。利用公式N=CSk拟合了山顶在不同天气条件下CCN活化谱,并分析了其变化特征。结果显示,晴天、雨天和雾天的C值分别为2798、384、765,小于一些污染城市,属于清洁大陆型核谱。2012年9月14日到10月26日利用9级采样器(10.0-9.0、9.0-5.8、5.8-4.7、4.7-3.3、3.3-2.1、2.1-1.1、1.1-0.65、0.65-0.43、0.43μm)在黄山两个不同高度处进行了气溶胶的采样。分析结果表明,山顶PM2.1和PM10的质量浓度分别为17.07、21.28和39.25μg/m3,山底的分别为24.79、29.02和42.39μg/m3。山顶PM1.1、PM2.1、PM10中总水溶性离子的浓度分别为9.59、11.73、17.16μg/m3,山底的分别为16.88、19.38、27.61μg/m3,气溶胶和离子浓度均随高度的升高而递减。山顶的SO42-和NH4+的谱分布中主要峰值出现在0.43-0.65μm,而山底的主要峰值则出现在0.65-1.1μm, NO3-在山顶主要集中在细模态而在山底主要集中在粗模态,粗模态中较高浓度的NO3-是由硝酸根的气态前体物与含有Ca和Mg的粗粒子发生的非均相化学反应而来,且山底的高温可能减少细模态中NO3-的含量。Na+、Cl-、K+的谱分布均呈现双峰分布,Ca2+和Mg2+的最大浓度出现在粗模态。气溶胶酸度分析表明山底气溶胶的酸性要高于山顶,H+的浓度与泰山和衡山比相对较低,这与黄山浓度较低的SO42-、HSO4-和含水量一致。2012年9月和10月在黄山山底利用Moudi气溶胶采样器和气溶胶分档活化系统观测了气溶胶的化学成分对CCN分档活化率的影响,结果表明：气溶胶的临界过饱和度S。受其粒径大小和化学成分的共同影响,当气溶胶可溶性增强S。则相应的降低,而有机物含量的增多使得活化率降低。因此CCN活化率随着总水溶性离子浓度的增大而增大,且在低过饱和度下增加得更显著。由观测期间的活化率曲线计算得到SS=0.1%、0.2%、0.4%、0.7%下临界干粒径Dd的平均值分别是145.5、90.6、58.0、40.9nm,黄山地区S042-和NH4+的高含量和高相关性,导致黄山的Dd在SS=0.4%和0.7%时与纯硫酸铵的Dd较接近。用活化率计算得到的吸湿增长系数κa平均值为0.43,与离子质量分数一样随粒径的增长而增长,用化学成分计算的吸湿增长系数κp平均值为0.37,高于城市地区的平均值,表明黄山受到局地人为污染少,气溶胶经长距离传输老化,吸湿性增强。κ的闭合和CCN的闭合效果并不是很理想,可能与膜采样的化学成分缺少有机物的观测,且观测的时间分辨率低有关。
[Abstract]:In this paper , the influence of the chemical composition on the moisture absorption and activation of the aerosol is studied . The results show that the concentration of the aerosol and the water soluble ions in the Yellow Mountain is smaller than that of the top of the mountain . The results show that the concentration of the aerosol in the Yellow Mountain is smaller than that of the top of the mountain . The results show that the concentration of the aerosol in the mountain area is smaller than that of the top of the mountain and the peak of the atmospheric environment . The average values of critical dry particle diameter Dd of 0.2 % , 0.4 % and 0.7 % were 145.5 , 90.6 , 58.0 , 40.9 nm , respectively .

【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X513;P426.5

【参考文献】