大气气溶胶简述

大气气溶胶是悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体组成的多相体系。大气的许多现象和过程都和它密切相关.如大气能见度、云雾形成、臭氧光化学反应、辐射传输等。它在环境与气候变化研究、空间对地遥感的大气订正等都具有重要意义。

大气中的气溶胶粒子是由自然过程和人为活动两部分所造成的。自然过程形成的气溶胶包括火山和宇宙尘埃、海水飞沫、花粉与种子、沙尘粒子、岩石风化等；人为气溶胶是由人类生产、生活和社会活动等直接排放到大气中的各种微粒,或者排放的污染气体(或称气溶胶前体物)在大气中经过一系列物理化学过程转化形成的。

气溶胶分为爱根核模态(0.001～0.1um)、积聚模态(0.1～1um)和粗模态(>1um)。从物理过程来看,爱根核模态来自气-粒转化过程,积聚模态来自碰并和异质凝结,而粗模态则主要由机械过程产生。那些对水汽凝结成为云雾粒子起凝结核作用的气溶胶粒子称为云凝结核(CCN),它们通常是小于1um 的粒子。

在不同地区,粒子的数浓度有很大差別。城市地区的数浓度比极地或背景值可高4个量级。如图所示，对流层内气溶胶粒子浓度一般随高度按指数减少,到对流层顶处为最小,这一特点归于重力沉降作用。在平流层中,粒子数浓度通常出现新的峰值,峰值高度约20km,粒子尺度集中在0.1～1um之间。这一平流层气溶胶层也称为荣格(Junge)层,比较稳定。在火山喷发后，大量的火山灰粒子和可以转化为气溶胶粒子的气体随强烈的上升气流进入平流层，平流层粒子浓度可以增加两个数量级以上。

气溶胶的折射率是描述气溶胶粒子光学性质的一个重要物理量,它是一个复数, 含实部和虚部。实部主要描述粒子的光散射特性,而虚部则主要描述粒子对辐射的吸收性质,因此，对研究气溶胶的辐射气候效应特別重要。气溶胶折射率决定于其化学组成。在红外波段,气溶胶折射率随波长的变化很大,但在可见光波段,折射率随波长的变化较小。

大气气溶胶粒子的化学组成变化很大,主要有七类:即硫酸盐、硝酸盐、黑碳、有机碳、沙尘、海盐和铵盐。其中硫酸盐、硝酸盐、黑碳、有机碳和铵盐主要来自于人类生产和生活.且硫酸盐、硝酸盐、铵盐主要由污染气体经气-粒转化而形成。海洋性粒子则主要由氯化钠、氯化钾、硫酸铵等吸湿性物质组成。背景状态下的平流层气溶胶粒子主要是硫酸和硫酸铵等。

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