北京大氣細粒子和超細粒子理化特征、來源及形成機制

前言

在我國快速的城市化進程中大氣污染演變?yōu)閰^(qū)域大氣復(fù)合污染，已成為當(dāng)前面臨的重大環(huán)境問題之一。大氣復(fù)合污染表現(xiàn)為大氣氧化性物種和細顆粒物濃度增高、大氣能見度顯著下降和環(huán)境惡化趨熱向區(qū)域蔓延。揭示大氣細粒子理化特征、來源和形成機制是弄清特大城市和區(qū)域大氣復(fù)合污染形成機制的關(guān)鍵。大氣顆粒物不同于氣態(tài)污染物，其在大氣中的行為、轉(zhuǎn)化及其對環(huán)境和人體健康的影響，不僅取決于其質(zhì)量濃度，還與其粒徑大小、化學(xué)組成、光學(xué)性質(zhì)和沉降等有關(guān)，因此，大氣顆粒物的物理化學(xué)特性是研究大氣顆粒物環(huán)境行為和效應(yīng)的基礎(chǔ)。作者從我國大氣污染的實際出發(fā)，集中研究了超大城市北京大氣細粒子和超細粒子理化特征、來源及形成機制。本書的主要內(nèi)容包括：大氣顆粒物的研究意義及研究內(nèi)容；大氣顆粒物的研究方法；北京大氣顆粒物細粒子的化學(xué)組成特征；北京大氣顆粒物的有機化合物的組成及來源特征；北京大氣顆粒物數(shù)譜分布特征；北京降水化學(xué)組成及其對顆粒物的去除作用。書中內(nèi)容充分反映了“973'’項目“燃燒源可吸入顆粒物的形成與控制技術(shù)基礎(chǔ)研究”中“燃燒源可吸人顆粒物在環(huán)境大氣中的去除機制”課題（2002CB211605）自2002年開展以來的研究結(jié)果。創(chuàng)新之處在于：①集中在大氣細粒子和超細粒子的理論和實驗研究；②觀測到北京新粒子的生成，揭示了新粒子生成的條件和主要類型；③深入揭示了大氣有機顆粒物的組成和來源特征；④探討了降水化學(xué)組成及其對顆粒物的去除作用。本書結(jié)合了現(xiàn)場觀測結(jié)果、實驗室分析結(jié)果和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、模擬的結(jié)果，研究內(nèi)容豐富，研究手段多樣，研究層次不斷深入。以大氣細粒子和超細粒子為中心，以其理化特征一變化規(guī)律一來源一去除為本書的結(jié)構(gòu)主線，具有系統(tǒng)化的特點。本書由胡敏、何凌燕、黃曉鋒策劃且統(tǒng)稿，包含了何凌燕和吳志軍博士論文，黃曉鋒、張玲、林鵬、張靜碩士論文的部分T作，以及“973”項目研究期間，課題組20多人的研究成果，同時王志彬?qū)Ρ緯M行了校對T作，在此一并表示感謝。作者還特別感謝科學(xué)出版社的編輯，是他們的努力和耐心促成了本書的出版。由于我們的水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以超大城市北京為例，針對大氣細粒子和超細粒子，總結(jié)了綜合開展關(guān)于大氣細粒子和超細粒子理化特征、來源和形成機制的研究結(jié)果；論述了北京大氣細粒子污染季節(jié)變化、化學(xué)組成和數(shù)譜模態(tài)分布特征，利用顆粒有機示蹤技術(shù)解析大氣細粒子的來源，觀測北京新粒子的生成，揭示了新粒子生成的條件和主要類型，并探討了降水化學(xué)組成及其對顆粒物的去除作用。書中也詳細介紹了開展大氣細粒子和超細粒子研究的方法。    本書可作為高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境流行病學(xué)等專業(yè)教學(xué)參考書，也可供從事大氣環(huán)境科學(xué)和大氣污染控制的研究人員參考。

書籍目錄

《燃燒源可吸入顆粒物的形成與控制技術(shù)基礎(chǔ)研究學(xué)術(shù)叢書》序前言第一章 大氣顆粒物的研究意義及研究內(nèi)容  1.1 大氣氣溶膠概述  1.2 我國大氣細粒子污染現(xiàn)狀與特征    1.2.1 我國大氣細粒子污染水平    1.2.2 大氣氣溶膠的主要來源    1.2.3 大氣細粒子的化學(xué)組成及變化    1.2.4 新粒子現(xiàn)象    1.2.5 我國大氣細粒子污染特征  1.3 本書研究內(nèi)容的背景與目的    1.3.1 北京大氣污染概況    1.3.2 本書研究內(nèi)容的背景與目的  參考文獻第二章 大氣顆粒物的研究方法  2.1 概述  2.2 大氣顆粒物膜樣品的采集和稱量    2.2.1 樣品的采集、運輸和保存    2.2.2 采樣膜的準(zhǔn)備和稱量  2.3 大氣顆粒物的化學(xué)組成分析方法    2.3.1 水溶性無機離子    2.3.2 有機碳和元素碳    2.3.3 顆粒有機物    2.3.4 低相對分子質(zhì)量有機酸  2.4 顆粒物數(shù)譜分布的測量方法    2.4.1 采樣系統(tǒng)進樣口    2.4.2 TDMPS的工作原理    2.4.3 APS的工作原理    2.4.4 TDMPS和APS的數(shù)據(jù)連接    2.4.5 質(zhì)量保證和質(zhì)量控制  2.5 大氣環(huán)境城市定位觀測站（長期連續(xù)在線觀測）   參考文獻第三章 北京大氣顆粒物細粒子的化學(xué)組成特征  3.1 北京大氣PM2.5中總體化學(xué)組成特征  3.2 北京大氣顆粒物中的無機離子組分    3.2.1 大氣顆粒物中的主要無機離子    3.2.2 北京大氣顆粒物中主要無機離子的濃度變化    3.2.3 北京大氣顆粒物中主要無機離子的粒徑分布  3.3 北京大氣顆粒物中的元素碳和有機碳    3.3.1 北京市大氣顆粒物中含碳物種的平均濃度    3.3.2 北京市大氣顆粒物中含碳物種的時間分布    3.3.3 北京市大氣顆粒物中含碳物種的空間分布    3.3.4 含碳物種的污染特征及其與其他成分的關(guān)系  參考文獻第四章 北京大氣顆粒物的有機化合物的組成及來源特征  4.1 概述  4.2 北京大氣顆粒物中有機物的濃度水平、季節(jié)變化和來源特征    4.2.1 顆粒有機物的濃度水平    4.2.2 主要類別化合物的化學(xué)特征    4.2.3 有機示蹤化合物  4.3 水溶性有機酸的濃度水平和季節(jié)變化    4.3.1 總水溶性有機酸      4.3.2 二元羧酸    4.3.3 含氧羧酸    4.3.4 含羥基羧酸    4.3.5 甲磺酸    4.3.6 各有機酸在總有機酸中所占比例      4.3.7 與一次有機物季節(jié)變化的比較  ……第五章 北京大氣顆粒物數(shù)譜分布特征第六章 北京降水化學(xué)組成及其對顆粒物的去除作用參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.2我國大氣細粒子污染現(xiàn)狀與特征大氣顆粒物的粒徑大小與其來源或形成過程有著密切關(guān)系。按照現(xiàn)代大氣顆粒物理論模型，大氣顆粒物粒子可以表示為三種模態(tài)結(jié)構(gòu)。粒徑小于0.05“m的粒子稱為愛根核模，主要來源于燃燒過程所產(chǎn)生的一次粒子和氣體分子通過化學(xué)反應(yīng)生成的二次粒子。愛根核模態(tài)粒子的粒徑小、數(shù)量多、表面積大，隨著時間推移，易由小粒子相互碰撞而合并成大粒子，即“老化”，因此在實際大氣中不易找到。粒徑大于0.05um且小于2.5um的粒子稱為積聚模，主要來源于愛根核模的凝結(jié)，燃燒過程所產(chǎn)生的蒸汽冷凝、凝結(jié)，以及由大氣化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的各種氣體分子轉(zhuǎn)化成的二次顆粒物等。積聚模態(tài)粒子不易被干、濕沉降去除，在大氣中停留周期最長，是大氣中最穩(wěn)定的粒子，其濃度在大氣中容易出現(xiàn)積累效應(yīng)。正是因為這種粒子在大氣中存在時間長，而使其輸送距離最遠，污染范圍也最大。積聚模態(tài)粒子在大氣中對可見光的消光系數(shù)最大，因而又是影響大氣能見度的主要因素。此外，這種粒子能夠全部被吸入肺部，并且往往含有大量有毒有害化學(xué)物質(zhì)，如致癌物多環(huán)芳烴，因此還嚴重地影響著人體健康。粒徑大于2.5um的粒子稱為粗粒子模，主要來源于機械過程所造成的揚塵、海鹽濺沫和風(fēng)砂等一次粒子。這種粒子可以通過干、濕沉降去除，在大氣中停留時間短，環(huán)境效應(yīng)較小。在三模態(tài)模型中，愛根核模和積聚模合稱為細粒子。細粒子和粗粒子之間很少相互作用，彼此基本相互獨立，它們具有不同的化學(xué)組成和來源。細粒子主要來自于人為污染源，而粗粒子主要來自于天然源和人為機械過程。每立方厘米的大氣中可以存在高達107～108個粒子，從幾納米到100um左右，它們的粒徑范圍可以跨越4個數(shù)量級。燃燒源，如機動車、發(fā)電廠和木材燃燒排放到大氣中顆粒其粒徑通常小于lum，并且可以小到幾納米，而由風(fēng)吹起的地面揚塵、花粉、植物碎片以及海洋向大氣排放的海鹽顆粒，其粒徑一般大于1um。大氣光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次顆粒物（硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、二次有機物）也主要存在于小于1um的粒徑范圍內(nèi)。

編輯推薦

《北京大氣細粒子和超細粒子理化特征、來源及形成機制》由胡敏、何凌燕、黃曉鋒策劃且統(tǒng)稿，包含了何凌燕和吳志軍博士論文，黃曉鋒、張玲、林鵬、張靜碩士論文的部分T作，以及“973”項目研究期間，課題組20多人的研究成果，同時王志彬?qū)Α侗本┐髿饧毩Ｗ雍统毩Ｗ永砘卣?、來源及形成機制》進行了校對T作，在此一并表示感謝。作者還特別感謝科學(xué)出版社的編輯，是他們的努力和耐心促成了《北京大氣細粒子和超細粒子理化特征、來源及形成機制》的出版。由于我們的水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。

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