三级分档雾水化学与雾微结构相关性研究

The chemical characteristics of fog water are closely related to fog droplet size, therefore, collection of fog water with different droplet sizes is the key technology for research on the relationship between atmospheric pollutant and fog microphysical structure. The results of observation on fog droplet size distribution in Nanjing from 2006 to 2009 showed that, during the dense fog and severe fog period, the liquid water content of fog droplets with diameter in the range of 4 to 10 μm, 10 to 17 μm and larger than 17 μm were high, and appeared three peak diameter around 5 μm, 13 μm, and 21 μm. These results provided factual basis for collection of 3-stage fog water. A comprehensive fog campaign will be conducted in Nanjing suburban and urban areas, which includes collection of 3-stage fog water, collection of aerosol with different sizes, and observations of trace gaseous pollutants, fog droplet size distribution and boundary layer meteorological elements. First, the data will be used to compare the difference of ion concentrations, organic acid concentrations and pH values in the fog droplets with diameter in the range of 4 to 10 μm, 10 to 17 μm and larger than 17 μm, the difference of ion concentrations and organic acid concentrations in the aerosol particles with different sizes, and the difference of microphysical structure of fog. Second, the data will be used to reveal the relationship of chemical compositions in the fog droplets with different sizes to atmospheric pollutants and fog microphysical structure. Third, the data will also be used to explore the effect of the size distribution of aerosol chemical compositions and trace gaseous pollutants on the difference of chemical compositions in the fog droplets with different sizes. Accordingly, these studies can also provide the theoretical basis for the establishment of physical and chemical fog models, and supply the in situ observation data for the validation and application of fog models.

雾水化学特性与雾滴大小密切相关，雾水分档收集是能否深入研究大气污染物和雾微物理结构关系的关键。2006-2009年南京雾滴谱观测资料分析表明，浓雾和强浓雾阶段，粒径4-10、10-17、>17μm的雾滴含水量出现峰值，峰值直径为5、13、21μm，这是分三档收集雾水的观测依据。本项目旨在南京郊区、市区进行综合观测，涉及雾水三级分档收集、气溶胶粒子分级采集、痕量气态污染物、雾滴谱、边界层气象要素等；以对比分析雾滴粒径 4-10、10-17、﹥17μm的雾水离子浓度、有机酸浓度、pH值特征，气溶胶PM10分级粒子的离子浓度、有机酸浓度特征，雾微物理量特征。揭示不同尺度雾滴的化学成分与大气污染物、雾的微物理结构之间的关系，探索雾过程中气溶胶的化学成分谱分布、痕量气态污染物对不同尺度雾滴化学成分的差异性的影响。为建立雾物理化学模式提供理论依据，为验证和应用模式提供外场观测资料。

雾水化学特性与雾滴大小密切相关，研究不同尺度雾滴的化学成分与大气污染物、雾的微物理结构之间的关系，不仅为建立雾物理化学模式提供外场观测资料，而且为促进雾微物理化学过程的理论研究提供依据。.2013-2016年分别在南京、厦门、射阳、庐山设立外场观测点，开展雾的综合观测，系统研究了三级粒径雾滴的无机离子化学性质以及和大气中无机成分污染物、雾的微物理结构之间关系，研究了分级粒径有机气溶胶的时空分布特征。项目组利用CASCC主动式三级分档雾水采集器，分时段采集三级分档雾水样本，分档粒径为4~16μm(三级)、16~22μm(二级)、>22μm(一级)，获得92个分档雾水样本（南京23个，庐山69个），得到三级粒径雾滴的Cl-、NO3-、NO2-、SO42-、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等无机离子浓度谱。利用FA-3型气溶胶粒度分布采样器采集分粒径气溶胶样品，切割直径为：<0.43，0.43-0.65，0.65-1.1，1.1-2.1，2.1-3.3，3.3-4.7，4.7-5.8，5.8-9.0，9.0-10μm，获得9级粒径气溶胶样本，得到Cl-、NO3-、NO2-、SO42-、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等无机离子浓度谱，以及16种优控多环芳烃浓度谱。.研究结果主要为：1. 城市污染三级粒径雾水均呈酸性，发现雾水电导率与雾滴粒径的关系呈现“U”型分布规律；2. 揭示城市污染雾水无机离子浓度与雾滴粒径存在尺度依赖性关系，发现小雾滴更容易富集Cl-、NO3-、SO42-、NH4+和K+，小雾滴的生长速率与溶质效应加快了不同粒径凝结核化学成分的溶解速率；同时发现Mg2+ 、Ca2+、Na+浓度与雾滴粒径呈现出“U”、“L”型变化趋势，不同粒径气溶胶粒子的Mg2+ 、Ca2+、Na+浓度差异，对雾滴内的化学反应产生影响；3. 雾水无机离子浓度与雾的液态含水量（LWC）有较好对应关系，LWC增加对三级雾滴中可溶性溶质的稀释作用均有较显著影响；4. 强浓雾天气，能见度为50m，辐射减弱形成稳定逆温层有助于污染气溶胶累积并向雾滴转化，粒径4-16μm小滴雾水量增加最快，积聚模态气溶胶粒子对其贡献最大；5. 在核心以上刊物发表23篇论文（其中6篇SCI，1篇EI），3篇录用待发表论文；6.培养4名研究生获得博士学位，6名获得硕士学位，1名晋升副教授。