环境气溶胶相态变化特征及其大气环境效应研究

Aerosol phase state directly influences the aerosol liquid water content, aerosol surface area concentration and aerosol hygroscopic growth, thereby plays crucial roles in aerosol environmental and radiative effects. If relative humidity of the air is between efflorescence relative humidity (ERH) and deliquescence relative humidity (DRH) of ambient aerosol particles, which accounts for about 80% of atmospheric conditions, aerosol phase state might be solid, liquid or semisolid.Wiith this project, we prepare to develop a humidified nephelometer system which can directly measure both the deliquescent and efflorescent behavior of ambient aerosols, and apply this system in field campaigns. Based on measurements of the humidified nephelometer system, variations in ERH and DRH of ambient aerosols can be characterized. Furthermore, in combination with the measured ambient RH timeseries, the changes of ambient aerosol phase states and their influences on aerosol liquid water contents and atmospheric visibilty can be analyzed. Research findings of this project can further our understanding of the variations in ambient aerosol phase states and promote researchs in the formation mechanism of the haze in the North China plain, as well as the aerosol environnmental,health and radiative effects.

环境气溶胶颗粒物的相态会直接影响气溶胶颗粒物的液态水含量、表面积和气溶胶颗粒物吸湿增长过程，从而影响环境气溶胶颗粒物的环境效应和辐射效应。当环境相对湿度处于气溶胶颗粒物的结晶相对湿度(ERH)和潮解相对湿度(DRH)之间时，气溶胶颗粒物可能是固态、液态或者部分液态。实际大气环境中，气溶胶颗粒物的相态不确定的情况占比约80%。本项目拟首先开发能够同时观测环境气溶胶颗粒物潮解和结晶现象的加湿浊度计系统，并应用于外场观测研究。统计分析环境气溶胶颗粒物的DRH和ERH变化规律，结合环境相对湿度数据分析研究环境气溶胶颗粒物的相态日变化特征及其对环境气溶胶颗粒物液态水含量和大气能见度的影响。本项目的研究成果可以推进对环境气溶胶颗粒物相态变化特征的理解，促进华北平原重污染过程形成机制以及环境气溶胶颗粒物环境效应、健康效应和辐射效应的研究。

气溶胶相态及气溶胶吸湿性在气溶胶的气候效应和环境效应中扮演重要角色。本项目旨在聚焦环境气溶胶相态变化特征及其大气环境效应研究。项目的实施方案与初始设计略有偏离，但在仪器研发、气溶胶吸湿性和气溶胶二次形成机制机理方面均取得显著成果。提出了环境气溶胶表面积浓度光学观测的理论方法，实现了加湿浊度计系统的自动化化控制和气溶胶含水量和表面积计算的在线耦合，获批一项软件著作权。实现了环境相态气溶胶散射吸湿增长因子观测系统的研发，申请一项国家发明专利。基于研发的固定湿度加湿浊度计系统，构建了有机气溶胶吸湿性光学观测的原理和方法，探讨了华北平原有机气溶胶吸湿性的显著日变化及其与二次有机气溶胶演变的紧密联系。发现不同二次有机气溶胶形成机制对有机气溶胶吸湿性的不同影响，指出需要除O/C外的更多参数来有效参数化有机气溶胶吸湿性，因此撰写了有机气溶胶吸湿性的综述文章。在气溶胶相态的环境效应方面，发现气溶胶液态气溶胶中的光化学液相反应主导了华北平原高湿条件下二次有机气溶胶的快速形成。揭示了中国南方高湿地区目前能见度提升受阻现象，指出液态气溶胶的吸湿性变化是关键，而有机气溶胶吸湿性的有效模式参数化则是中国南方高湿地区能见度模拟和预报面临的重要挑战之一。总体而言，本项目的研究成果提升了有机气溶胶吸湿性和华北平原二次有机气溶胶形成机制机理的基础认识，研发的仪器在能见度观测和预报方面有应用前景。