内混态烟粒气溶胶微物理特性研究

The behaviour of atmospheric aerosol particles depends on a number of their microphysical and chemical properties, many of which are strongly coupled. The climate and environmental effects of aerosol depend on their fundamental properties. The traditional particle characterization approaches rely on separate parallel measurements that average over an ensemble of particles of different sizes and/or compositions and later attempt to draw correlations between them. As a result such studies overlook critical differences between particles and bulk and miss the fact that individual particles often exhibit major differences. Here, we present a newly developed method to simultaneously measure in situ and in real time several of the attributes for individual particles using an aerosol laser time-of-flight mass spectrometer (ALTOFMS) combined with differential mobility analyzer (DMA).The climatic and environmental effects of soot aerosols have recently become a hot research topic for the international scientific community. In this project, we will investigate the laboratory measurements of physical and chemical properties of fresh soot and soot exposed to gaseous sulfuric acid to mimic atmospheric aging processes. The morphology, mixing state, density, size, dynamic shape factor, fractal dimension, composition, hygroscopicity, and optical properties of these particles are studied in great detail. This study provides a better understanding of the sources and mechanisms of soot and provides basic data for the evaluation of environmental and climate effects and model forecast of soot aerosol.

气溶胶在空气中的行为依赖自身的微物理、化学性质。对气溶胶基本特性进行表征是研究其气候和环境效应的基础。传统方法通常并行采用多种仪器对不同尺寸及组分的气溶胶同时进行测量，得到气溶胶整体的平均测量结果，然后再对各种实验数据进行关联，得出某些结论。这样做忽略了气溶胶个体之间的巨大差异，将会导致许多不确定性。本课题将气溶胶激光飞行时间质谱仪和差分电迁移率分析仪集成联用，在单粒子尺度上以原位在线的方式对内混态烟粒气溶胶的微物理特性进行研究。烟粒气溶胶的气候和环境效应是当今大气科学界的研究热点，在实验室条件下模拟烟粒在大气中的老化过程，对内混态烟粒气溶胶的尺寸、密度、形貌、分形维数、光学特性、化学组分、吸湿性等基本特性进行研究，将有助于深入认识大气烟粒气溶胶的本质及来源特征，为准确评估烟粒气溶胶在环境和气候变化中的作用提供支撑数据,为数值模式模拟提供准确的基本参数。

烟粒气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，在大气物理、大气化学、大气光学、大气光化学等过程中具有重要作用。近年来的研究表明，烟粒气溶胶对于全球变暖、区域气候变化有重要贡献。烟粒气溶胶的气候效应和环境效应是当今科学界的研究热点，研究和评价烟粒气溶胶的作用已十分必要和迫切。. 气溶胶在空气中的行为依赖自身的微物理、化学性质。传统表征方法通常并行采用多种仪器对不同尺寸及组分的气溶胶同时进行测量，得到气溶胶整体的平均测量结果，然后再对各种实验数据进行关联，得出某些结论。这样做忽略了气溶胶个体之间的巨大差异，将会导致许多不确定性。本课题将气溶胶激光飞行时间质谱仪（ATOFMS）和差分电迁移率分析仪（DMA）集成联用，在单粒子尺度上以原位在线的方式对烟粒气溶胶的微物理特性进行研究。即，在实验室条件下对烟粒气溶胶的尺寸、密度、形貌、混合态、光学特性、化学组分等基本特性进行研究。..实验结果表明，老化后烟粒气溶胶的光散射特性与新鲜颗粒尺寸和包裹的组分密切相关，例如烟粒包裹二羟基苯甲酸后散射减小，而包裹戊二酸后光散射信号会增强。通过实测光散射信号与经米散射理论计算的理论光散射信号进行非线性可以得出气溶胶的折射率，以氯化钠、油酸气溶胶为例进行了实验验证。..用DMA和ATOFMS对环境气溶胶进行测量，按粒径和化学组分进行分类并推导出其有效密度。结果显示，环境空气气溶胶主要可分为6类，即元素碳、有机碳、铵盐、钾-生物质、含钙类及含碳类，表现出两种平均有效密度，一为1.32g/cm-3，另一个是1.70g/cm-3。..对多种燃烧过程排放的烟粒气溶胶的质谱进行了检测，获得了大量烟粒气溶胶的特征质谱图，这些数据在气溶胶源解析中将有着重要的应用前景。.本研究有助于深入认识我国大气烟粒气溶胶污染的本质及来源特征，并为准确评估烟粒气溶胶在环境污染监测、辐射强迫和气候变化中的作用提供关键的支撑数据。