濃霧天氣氣溶膠顆粒物的輸運(yùn)和轉(zhuǎn)化特性

丁 玨, 李家驊, 翁培奮

(上海大學(xué)上海市應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所,上海 200072)

濃霧天氣氣溶膠顆粒物的輸運(yùn)和轉(zhuǎn)化特性

丁 玨, 李家驊, 翁培奮

(上海大學(xué)上海市應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所,上海 200072)

近年來(lái),隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,氣溶膠顆粒物污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,尤其是城市濃霧天氣,顆粒物成為首要污染物.因此,消除霧污染,凈化空氣,引起人們的關(guān)注.介紹了氣溶膠顆粒物和霧的基本特征,以及霧層內(nèi)氣溶膠顆粒物的湍流擴(kuò)散、化學(xué)轉(zhuǎn)化特性及動(dòng)力學(xué)特性,闡述了有關(guān)氣溶膠顆粒物輸運(yùn)問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究概況,展望了未來(lái)研究的方向.

霧污染;氣溶膠顆粒物;輸運(yùn);化學(xué)轉(zhuǎn)化;動(dòng)力學(xué)特性

Abstract:In recent years,with the urban construction and economic development,the problem of aerosol pollution is becoming increasingly serious.Especially for foggy weather in urban areas,aerosol particles form a p rimary pollutant.This calls for peop le’s concern to deal w ith the fog pollution p roblem for clean air.This paper focuses on the basic characteristics of aerosol particles and fog,including turbulent diffusion of aerosol particles,chemical transformation and dynamical characteristics. In addition,a detailed investigation on the aerosol transport problem in China and other countries is made,and the direction of the studies is discussed.

Key words:pollution fog;aerosol particles;transport;chemical transformation;dynamical characteristic

近些年,隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)一些發(fā)達(dá)地區(qū)頻繁出現(xiàn)城市霧,成為與城市熱島、城市煙島相伴隨的一種重要城市災(zāi)害.與常規(guī)氣象原因形成的霧不同,城市霧中常含有高濃度有害污染物,累積于大氣低層,直接影響人類的生存環(huán)境,威脅著城市的經(jīng)濟(jì)及交通的發(fā)展.濃霧天氣引起的污染事件屢見不鮮.例如,1930年 12月 1—5日發(fā)生在比利時(shí)Meuse谷地的濃霧天氣,造成霧區(qū)近萬(wàn)人出現(xiàn)哮喘等癥狀,在 3天內(nèi)死亡 60人[1];1952年 12月發(fā)生在英國(guó)倫敦著名的煙霧事件,使倫敦上空連續(xù)四五天濃霧迷漫,煙、粉塵蓄積不散,造成4 000人死亡,震驚一時(shí);2001年 2月 21—23日,正值國(guó)際奧運(yùn)考察團(tuán)訪問(wèn)北京期間,北京及周邊一帶發(fā)生歷史上罕見的持續(xù) 60余小時(shí)的濃霧天氣;2007年 11月以來(lái),北京、天津、河北、山西、重慶、江蘇及廣東等地均發(fā)生了大范圍的霧霾交織天氣 (見圖1和圖2),給交通運(yùn)輸及人們的工作、生活帶來(lái)嚴(yán)重影響.

圖1 南京霧霾交織天氣(2007-09-11)[2]Fig.1 Fog haze weather in Nanjing(2007-09-11)

圖2 武漢霧霾天氣(東湖,2009-01-31)[3]Fig.2 Fog haze weather in W uhan(East Lake,2009-01-31)

1 氣溶膠顆粒物的特征和霧污染形成機(jī)制

近些年,氣溶膠顆粒物污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,我國(guó)近 2/3的城市空氣質(zhì)量未達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).同時(shí),大量觀測(cè)數(shù)據(jù)表明,在霧天氣下,顆粒物濃度明顯增加,成為首要污染物,其中可吸入顆粒物濃度等級(jí)最高.

1.1 氣溶膠顆粒物的基本特征

氣溶膠是指懸浮在氣體中的固體和液體顆粒與氣體載體共同組成的多相體系,其顆粒物直徑大多在 0.001～100μm之間.氣溶膠顆粒物來(lái)源廣泛,一般可分為自然源和人為源.自然源包括揚(yáng)起的塵土、森林燃燒產(chǎn)生的煙塵等,人為源主要是燃料燃燒形成的煙霧、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)散發(fā)的原料或產(chǎn)品微粒、汽車排放出來(lái)的含鉛化合物等.近十幾年來(lái),因氣溶膠在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)、來(lái)源復(fù)雜、有毒有害物質(zhì)含量高等特點(diǎn),對(duì)人體健康、環(huán)境產(chǎn)生較大影響而倍受人們的關(guān)注.

由于顆粒物的光散射、電荷、吸附毒性和沉積率等均與顆粒物的粒徑有關(guān),因此,氣溶膠顆粒物的粒徑分布是決定顆粒物行為特征的最重要參數(shù).根據(jù)顆粒物的形成機(jī)制,可將氣溶膠顆粒物分成 3種模式[4]:成核模式 (粒徑 <0.1μm)、積聚模式 (粒徑分布為 0.1～2μm)、粗微粒模式 (粒徑分布為 2～100μm).成核模式主要來(lái)源于燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的一次氣溶膠粒子,因粒徑小、數(shù)量多、表面積大而容易碰撞合并,進(jìn)入積聚模式.積聚模式主要來(lái)源于成核模式微粒的凝聚,以及大氣化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的各種氣體分子轉(zhuǎn)化成的二次氣溶膠等,積聚型微粒不易沉降.粗微粒模式主要來(lái)源于機(jī)械過(guò)程造成的揚(yáng)塵、風(fēng)沙等一次氣溶膠粒子,該類型微粒粒徑較大,在大氣中停留時(shí)間較短.此外,依據(jù)國(guó)內(nèi)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),還可根據(jù)顆粒物的粒徑大小,將顆粒物分為總懸浮顆粒物 TSP(當(dāng)量直徑≤100μm)、可吸入顆粒物 PM 10(當(dāng)量直徑 ≤10μm)、細(xì)顆粒物 PM 2.5(當(dāng)量直徑≤2.5μm)及碳?xì)馊苣z,如圖3所示.

圖3 氣溶膠顆粒物的粒徑分布Fig.3 Aerosol par ticle size d istr ibution s

氣溶膠顆粒物具有粒徑小、比表面積大、分布廣泛等特點(diǎn),在大氣輸運(yùn)過(guò)程中不僅可以作為污染物的載體,而且其表面能為大氣化學(xué)反應(yīng)提供場(chǎng)所.

1.2 霧的基本特征

霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng),是近地面層空氣中水汽凝結(jié) (或凝華)的產(chǎn)物.霧滴的尺度比較大,直徑大多在 4～30μm左右.霧形成條件為大氣形成逆溫層,大氣層結(jié)穩(wěn)定,并且是微風(fēng)或靜風(fēng).霧的濃度通常以水平能見度表示.當(dāng)能見度降至 50 m以下時(shí),為濃霧;能見度為 50～500 m時(shí),統(tǒng)稱中霧;能見度為500～1 000 m時(shí),稱薄霧 (或輕霧).霧層是指霧環(huán)境中空氣相對(duì)濕度大于 98%的區(qū)域,霧層中特殊的邊界層結(jié)構(gòu)、污染物湍流運(yùn)動(dòng)及化學(xué)轉(zhuǎn)化等因素影響著霧區(qū)氣溶膠的污染程度.

1.3 霧污染形成機(jī)制與霧層內(nèi)氣溶膠顆粒物的特性

1.3.1 霧層內(nèi)氣溶膠顆粒物的湍流擴(kuò)散特性

氣溶膠顆粒物的擴(kuò)散過(guò)程受多種因素的影響,其中霧區(qū)大氣湍流結(jié)構(gòu)起重要作用.相比于晴朗或多云天氣,在霧形成時(shí)大氣湍流度較小,近地層存在較強(qiáng)的逆溫層,即大氣邊界層具有較為穩(wěn)定的動(dòng)力與熱力結(jié)構(gòu),氣溶膠顆粒物不易擴(kuò)散.在合適的層結(jié)和氣象條件下,氣溶膠顆粒物成為霧的凝結(jié)核,促進(jìn)霧天氣的形成.當(dāng)霧的發(fā)展進(jìn)入穩(wěn)定期時(shí),霧層內(nèi)近中性的層結(jié)結(jié)構(gòu)改變了氣溶膠顆粒物擴(kuò)散的條件,但霧頂更強(qiáng)的逆溫層使顆粒物難以向上層大氣擴(kuò)散.此時(shí),如果大氣存在合適的溫度和濕度,霧滴會(huì)發(fā)生蒸發(fā)而濃縮,進(jìn)一步形成更多的氣溶膠顆粒 (見圖4).經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的積累,整個(gè)霧層內(nèi)顆粒物濃度嚴(yán)重超標(biāo),霧污染嚴(yán)重.當(dāng)大氣邊界層層結(jié)變?yōu)椴环€(wěn)定層結(jié)時(shí),湍流運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng),即大氣的水平和垂直擴(kuò)散能力顯著提高,霧逐漸消散,氣溶膠顆粒物也隨之?dāng)U散、稀釋.

圖4 氣溶膠顆粒物在霧形成和蒸發(fā)中的作用Fig.4 Role of aerosol par ticles in fog formation and evaporation

1.3.2 霧層內(nèi)氣溶膠顆粒物的化學(xué)轉(zhuǎn)化特性

城市中普遍存在吸濕性氣溶膠顆粒物 (如銨鹽).在由氣溶膠顆粒物、霧滴及氣態(tài)污染物組成的大氣系統(tǒng)中,空氣濕度較大,吸濕性顆粒表面會(huì)吸附一層水膜.以大氣中的主要?dú)鈶B(tài)污染物二氧化硫(SO2)為例,在水膜中 SO2會(huì)生成 SO23-或HSO23-,進(jìn)而在氧化物的作用下形成 SO24-,即通過(guò)復(fù)相化學(xué)反應(yīng)生成硫酸 (硫酸銨鹽)細(xì)顆粒.同時(shí),該系統(tǒng)中的氣態(tài)污染物 SO2也可通過(guò)擴(kuò)散作用被霧滴吸收,而部分氣溶膠顆粒物會(huì)被霧滴捕獲,從而在霧滴內(nèi)部氧化形成 SO24-,即通過(guò)多相化學(xué)反應(yīng)生成硫酸(硫酸銨鹽)顆粒物.在該過(guò)程中,一部分霧滴沉降,另一部分霧滴會(huì)發(fā)生蒸發(fā),形成更多的硫酸銨鹽氣溶膠顆粒.由此可知,相比于晴朗或多云天氣,非均相化學(xué)反應(yīng)是霧環(huán)境中顆粒物化學(xué)轉(zhuǎn)化的主要形式[5],它改變著大氣環(huán)境中霧滴和氣溶膠顆粒物的化學(xué)組成.

霧環(huán)境下氣溶膠顆粒物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜.氣溶膠顆粒物的運(yùn)動(dòng)特性[6]除了受到其本身空氣動(dòng)力學(xué)特性的影響和流場(chǎng)中各種力場(chǎng)作用以外,還需考慮氣溶膠顆粒物之間、霧滴與氣溶膠顆粒物之間的相互作用對(duì)顆粒物運(yùn)動(dòng)特性的影響.以銨鹽粒子為例,因其具有吸濕性,通過(guò)吸收水分,使得含水量增加,粒子長(zhǎng)大成為液滴,并與霧滴組成氣溶膠系統(tǒng).在該系統(tǒng)中,顆粒物、霧滴與顆粒物由于運(yùn)動(dòng)而相互碰撞并粘著成為大顆粒,導(dǎo)致顆粒尺寸增加而數(shù)量濃度連續(xù)下降.當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)是 Brown運(yùn)動(dòng)時(shí),稱該過(guò)程為熱力凝聚.當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由于重力、靜電力或空氣動(dòng)力等外力作用引起時(shí),該過(guò)程稱為運(yùn)動(dòng)凝聚.凝聚的結(jié)果是顆粒物總數(shù)量持續(xù)減少,霧滴的平均直徑不斷增大,濕沉降量也逐漸增大.

1.4 城市霧污染的危害

1.4.1 對(duì)人體健康的影響

當(dāng)發(fā)生濃霧天氣時(shí),空氣中的 SO2,NOx等氣態(tài)污染物遇水汽變成酸霧,從而污染環(huán)境,影響人體的健康.同時(shí),在霧的影響下,部分有害元素和化合物富集在細(xì)小氣溶膠顆粒物上,加重了對(duì)人體健康的危害.如易造成上呼吸道感染、支氣管炎、氣喘、肺炎、肺氣腫等疾病.

1.4.2 對(duì)空氣能見度的影響

根據(jù)光的反射、折射原理可以知道,不僅霧的存在會(huì)降低空氣透明度,氣溶膠顆粒物也會(huì)降低大氣能見度.因此,濃度較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的霧霾天氣,使大氣能見度明顯降低,對(duì)航空、公路交通和內(nèi)河航運(yùn)造成重大的影響.

1.4.3 對(duì)電力通訊和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的影響

濃霧會(huì)使電線受到“污染”,引起輸電線路短路、跳閘等故障,造成電網(wǎng)大面積斷電,電力部門稱這種現(xiàn)象為“霧閃”.霧對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有不利影響,研究表明,重慶地區(qū)酸雨及酸霧的分布和馬尾松林衰亡程度的分布是十分一致的.對(duì)馬尾松林來(lái)說(shuō),酸霧的危害甚至比酸雨還嚴(yán)重.

2 氣溶膠顆粒物輸運(yùn)問(wèn)題的研究進(jìn)展

近年來(lái),在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的國(guó)家 (如中國(guó)),許多城市出現(xiàn)過(guò)霾天氣 (也稱灰霾).在有些地方,霾天氣還與其他氣象天氣并存,逐漸結(jié)合成為復(fù)合型的污染天氣 (霧霾).這些環(huán)境問(wèn)題引起了科學(xué)研究者的高度重視.

該問(wèn)題的研究方法主要有三種:實(shí)地觀測(cè)或測(cè)量、風(fēng)洞 /煙霧箱試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬[7].這些方法的研究?jī)?nèi)容大多集中在污染物濃度分布與大氣邊界層結(jié)構(gòu)、氣象條件之間的關(guān)系,以及顆粒污染物來(lái)源、物理化學(xué)及運(yùn)動(dòng)特性方面.

2.1 實(shí)地觀測(cè)或測(cè)量

為了深入研究城市大氣污染物與大氣邊界層結(jié)構(gòu)、城市氣象條件之間的關(guān)系,同時(shí)也為大氣污染物擴(kuò)散模式的改進(jìn)和發(fā)展提供必要的觀測(cè)資料,各國(guó)相繼開展了一系列大規(guī)模的城市邊界層集中觀測(cè)試驗(yàn)[8].如美國(guó)科學(xué)家 Podzimek于 1987年夏冬季開展了 MUNA(Marine-Urban Napoli Aerosol)計(jì)劃[9].此外,瑞士學(xué)者在中部M t.Rigi城市開展了為期 7年的冬季降水區(qū)域的研究,促進(jìn)了人們對(duì)氣溶膠顆粒物濕沉降機(jī)理的認(rèn)識(shí)[10].

近 30年,污染物擴(kuò)散問(wèn)題引起了國(guó)內(nèi)研究者的興趣.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所[11]、北京大學(xué)、清華大學(xué)[12]、蘭州大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)[13]、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)和中國(guó)氣象科學(xué)研究院[14]等許多專家學(xué)者在顆粒污染物來(lái)源、特性、時(shí)空分布及對(duì)氣候的影響等方面,做了許多有意義的研究工作,開拓了大氣污染的研究領(lǐng)域,并取得了有科學(xué)價(jià)值的成果.如我國(guó)于 2001年冬季和 2003年夏季,在北京組織實(shí)施了“BECAPEX”大氣環(huán)境科學(xué)試驗(yàn)[15].徐祥德等研究者根據(jù)“BECAPEX”大氣環(huán)境科學(xué)試驗(yàn)、北京氣象塔梯度觀測(cè)資料、三層超聲風(fēng)溫儀觀測(cè)資料以及系留氣艇垂直探測(cè)資料,對(duì)北京城市邊界層大氣過(guò)程的垂直動(dòng)力特征進(jìn)行分析,研究了在不同城市災(zāi)害性天氣下(沙塵天氣和城市濃霧天氣)湍流垂直結(jié)構(gòu)的特征及其與污染物濃度變化的關(guān)系[15].張佃國(guó)等研究者利用機(jī)載 PMS(Particle Measuring System),對(duì) 2003年夏秋季北京及周邊地區(qū)進(jìn)行了不同天氣狀況下 6次氣溶膠的探測(cè),數(shù)據(jù)分析表明,北京及周邊地區(qū)氣溶膠粒子的分布在不同天氣背景下有較大的差別[16].上海環(huán)境科學(xué)研究院的陳明華等研究者對(duì)上海市 PM 2.5的污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查和分析,得出上海市的 PM 2.5年平均濃度值是美國(guó)紐約、舊金山等城市的 3倍左右[17].此外,陳明華等檢測(cè)了上海市霧天的大氣污染狀況,并根據(jù)上海 114年的歷史資料的分析得出:上海以輻射霧出現(xiàn)最多,而且在霧的發(fā)展期,粒徑在 10～30μm的霧滴數(shù)密度最大.對(duì)于霧水的化學(xué)成分,正離子以銨 (NH4+)和鈣 (Ca2+)為主,負(fù)離子以硫酸根 (SO24-)為主.

上述城市的外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn),促進(jìn)了人們對(duì)城市地區(qū)的邊界層湍流結(jié)構(gòu)、氣溶膠顆粒物分布等方面的認(rèn)識(shí).但由于受到城市邊界層大氣污染物垂直分布探測(cè)手段的限制,在個(gè)別區(qū)域進(jìn)行大氣邊界層和陸面過(guò)程的試驗(yàn),所得到的資料十分有限,尤其是對(duì)特殊天氣 (如濃霧)下大氣邊界層結(jié)構(gòu)和顆粒污染物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不足.

2.2 環(huán)境風(fēng)洞 /煙霧箱試驗(yàn)

風(fēng)洞模擬試驗(yàn)為深入了解氣溶膠顆粒物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了良好的條件[18-19].蘭州大學(xué)鄭曉靜教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組,通過(guò)對(duì)風(fēng)沙流中的沙塵氣溶膠顆粒帶電和由此產(chǎn)生的風(fēng)沙電場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)研究,定量揭示出風(fēng)沙流中沙粒所帶的電荷量和風(fēng)沙電場(chǎng)隨高度、沙粒粒徑以及來(lái)流風(fēng)速等參數(shù)的變化規(guī)律[18].

煙霧箱是用惰性材料制成的容器 (材料可以是塑料膜、玻璃、不銹鋼等),主要用于模擬大氣層[20],即在人工模擬環(huán)境下,對(duì)人們感興趣物質(zhì)的大氣演化進(jìn)行研究.國(guó)外的煙霧箱研究開始于 20世紀(jì) 70年代,迄今為止有眾多的研究小組有自己的煙霧箱系統(tǒng).如 CIT(California Institute of Technology)2001年建成了一套用于研究大氣氣溶膠化學(xué)的現(xiàn)代煙霧箱設(shè)備.該設(shè)備配置了 NOx,O3檢測(cè)儀和溫濕度傳感器,還配備了 GC2F ID和 GC2MS用來(lái)檢測(cè)碳?xì)浠衔?粒子計(jì)數(shù)器用來(lái)測(cè)量氣溶膠數(shù)量濃度,掃描電子遷移率分光計(jì) (SEMS)用來(lái)測(cè)量氣溶膠粒徑分布和個(gè)數(shù)濃度,串連微分遷移率分析儀 (TDMA)用來(lái)測(cè)量吸濕增長(zhǎng)因子[21].

國(guó)內(nèi)的煙霧箱研究起步較晚,我國(guó)只有極少的單位有煙霧箱.北京大學(xué)唐孝炎的研究小組于 1982年建成了我國(guó)最早的室內(nèi)光化學(xué)煙霧箱.該研究小組針對(duì)蘭州和北京地區(qū)的大氣狀況,研究了 O3的時(shí)空分布、評(píng)價(jià)源和受體間的關(guān)系,以模擬光化學(xué)煙霧的時(shí)空變化[22].清華大學(xué)郝吉明等人于 2005年建成了一個(gè)可以精確控制溫度的大氣模擬煙霧箱系統(tǒng),目的是用煙霧箱研究北京市高 PM體積分?jǐn)?shù)條件下的光化學(xué)反應(yīng)[23].

2.3 理論分析及數(shù)值模擬研究

除大量的觀測(cè)及試驗(yàn)研究外,理論分析和數(shù)值模擬技術(shù)成為研究氣溶膠顆粒物濃度分布、粒徑分布和化學(xué)組成的重要手段[24].

Breuer等[25]基于兩相流理論,數(shù)值研究了氣溶膠顆粒物在 90°彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.即采用有限體積法,結(jié)合大渦模擬技術(shù)對(duì)彎管內(nèi)氣相進(jìn)行研究,采用Lagrangian方法跟蹤顆粒相 (單分散氣溶膠顆粒物)的運(yùn)動(dòng).Sturm等[26]采用 Monte-Carlo方法,對(duì)氣溶膠顆粒物在人體肺泡中的擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值模擬.Gaydos等[5]發(fā)展了三維氣溶膠顆粒物的化學(xué)輸運(yùn)模型 (PMCAMx),并對(duì) 2001年發(fā)生在美國(guó)東部地區(qū)污染事件中氣溶膠顆粒物質(zhì)量和化學(xué)成分進(jìn)行了數(shù)值研究.由于模型在研究夜間硝酸形成過(guò)程存在困難,因此硝酸鹽顆粒物的數(shù)值預(yù)測(cè)存在較大誤差.同時(shí),大氣中元素碳 (EC)的含量也大大超過(guò)實(shí)測(cè)值.Toon等[27]研究了 Sahara沙漠沙塵粒子的輸運(yùn)問(wèn)題.在模式中將氣溶膠顆粒物按粒徑大小分為 30類,給出了沙塵顆粒在輸送過(guò)程中粒子譜演變特征.但模型中尚未考慮顆粒物聚并等物理過(guò)程,也未考慮顆粒物化學(xué)成分的演變.此外,Wexler等[28]發(fā)展了一個(gè)氣溶膠顆粒物模型,該模型考慮了氣-粒之間的質(zhì)量輸送對(duì)氣溶膠顆粒物化學(xué)成分和粒徑尺度分布的影響.該模型對(duì)氣溶膠顆粒物微物理過(guò)程處理較細(xì)致,但考慮的氣溶膠顆粒物化學(xué)成分較少,化學(xué)過(guò)程也很簡(jiǎn)單.

氣溶膠顆粒物的運(yùn)動(dòng)特性問(wèn)題,也引起了國(guó)內(nèi)研究者的興趣[29-33].趙春生等[29]建立了一個(gè)包括氣溶膠微物理過(guò)程并可以描述粒子尺度變化的大氣氣溶膠動(dòng)力模式.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的張美根等[30]利用區(qū)域大氣模式系統(tǒng) (RAMS)和區(qū)域大氣質(zhì)量模式系統(tǒng) (CMAQ)耦合的空氣質(zhì)量模式系統(tǒng),對(duì)東亞地區(qū) 2001年春季氣溶膠的輸運(yùn)及其化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行了研究[30].此外,在 2002年立項(xiàng),由清華大學(xué)承擔(dān),北京大學(xué)、華中科技大學(xué)[33]、天津大學(xué)、東南大學(xué)和中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院參與的 973項(xiàng)目“燃燒源可吸入顆粒物的形成和控制技術(shù)基礎(chǔ)研究”,促進(jìn)了人們對(duì)可吸入顆粒物的形成機(jī)制和在各種外加條件作用下的行為規(guī)律的認(rèn)識(shí).

3 結(jié) 束 語(yǔ)

氣溶膠顆粒污染物對(duì)氣候、環(huán)境等方面的影響,近年來(lái)引起科學(xué)界的重視.國(guó)內(nèi)外研究者在城市污染物的濃度分布及影響因素、細(xì)小顆粒物運(yùn)動(dòng)特性方面進(jìn)行了大量工作,取得了較多的成果.然而,城市災(zāi)害性天氣下 (如濃霧天氣)氣溶膠顆粒物動(dòng)力學(xué)及輸運(yùn)、轉(zhuǎn)化等問(wèn)題的研究開展得較少,研究成果十分有限.因此,對(duì)典型霧層中氣溶膠顆粒物輸運(yùn)、擴(kuò)散及轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值分析和試驗(yàn)研究十分重要,并在此基礎(chǔ)上,深入討論氣溶膠顆粒物在霧環(huán)境中的動(dòng)力學(xué)特性和湍流擴(kuò)散機(jī)理,揭示氣溶膠顆粒物運(yùn)動(dòng)特性,分析霧層中氣溶膠顆粒物速度、濃度、粒徑及化學(xué)組分的時(shí)空分布規(guī)律,為濃霧天氣氣溶膠顆粒物的污染控制提供指導(dǎo).同時(shí),相關(guān)的研究也將豐富和推進(jìn)氣溶膠力學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程等學(xué)科的發(fā)展.

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(編輯:劉志強(qiáng))

Aerosol Transpor t and Transformation Character istics in Foggy W eather

D ING Jue, L IJia-hua, WENG Pei-fen
(Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)

O 359

A

1007-2861(2010)03-0226-06

10.3969/j.issn.1007-2861.2010.03.002

2009-06-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(10802046);上海市教委基金資助項(xiàng)目(B10-0401-08-003);上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目(Y0103)

丁 玨 (1973～),女,副研究員,博士,研究方向?yàn)榄h(huán)境流體力學(xué)等.E-mail:dingjue_lu@shu.edu.cn