大氣新粒子的生長機制研究

《大氣新粒子的生長機制研究》是依託清華大學，由蔣靖坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大氣新粒子的生長機制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：蔣靖坤
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

儘管已有不少文獻報導了不同地區大氣新粒子生長的觀測結果，但對其生長機制研究還較為匱乏。硫酸冷凝曾被認為是新粒子生長的主要過程，但多個城市的觀測結果顯示新粒子的生長速率是硫酸冷凝產生的生長速率的2-10倍，這也說明了除了硫酸以外還存在其它的氣體冷凝在新粒子上導致其生長速率加快，也或者新粒子的生長是一個化學過程，例如在顆粒物的表面發生著化學反應使大氣中的一些化學組分被顆粒物所吸收並促進了顆粒物的生長。本課題將結合野外觀測、煙霧箱實驗和數值模擬來研究大氣新粒子的生長機制，確定影響大氣顆粒物生長速率的主要過程。野外觀測將對地面站點大氣顆粒物進行實時線上測量，煙霧箱模擬將重點研究一些重要的大氣化學組分對大氣顆粒物生長速率的影響，數值模擬將結合野外觀測數據和煙霧箱模擬數據來確定影響大氣新粒子生長的物理化學過程，並開發適合我國大氣污染狀況的氣溶膠動力學模型，為控制我國區域複合型污染奠定基礎。

結題摘要

本項目計畫針對大氣顆粒物複合污染問題，結合長三角地區外場觀測、煙霧箱實驗和模型模擬，開展大氣新粒子的生長機制相關研究。項目執行期間，項目負責人組織課題組成員按照項目計畫書開展工作，先後搭建和完善了氣溶膠粒徑分布譜儀（PSD）、氣溶膠吸濕性/揮發性測量系統（TDMA）和氣溶膠化學成分測量質譜（ACSM）等顆粒物測量手段，使用上述儀器在長三角地區開展了為期兩個月的綜合觀測實驗，並在煙霧箱中進行了顆粒物形成的實驗研究，結合數值模型，初步解析了顆粒物的生長機制和在生長過程中顆粒物理化學特性和光學特性的變化。發現在上海冬季大氣環境中儘管硫酸對新粒子事件的發生有著重要影響，其對新形成顆粒物的生長貢獻相對較低，在大氣顆粒物濃度較低時，有機組分的冷凝生長是新粒子生長的主要機制；而當大氣顆粒物濃度和相對濕度較高時，除有機組分的冷凝生長外，氮氧化物和二氧化硫等無機氣體向顆粒態的轉化也貢獻了顆粒物的快速生長。發現顆粒物生長過程中其理化特性和光學特性會發生變化。例如，外場觀測和控制條件下的實驗均表明老化後顆粒物的吸濕性和揮發性有著顯著不同。另外，顆粒物的快速生長導致其粒徑更接近可見光的波長，造成顆粒物中有機物、硫酸銨和硝酸銨質量消光係數的大幅度增加。 研究工作按照項目計畫書順利開展，在學術論文發表、國內外學術交流、人才培養、成果傳播等方面取得了豐碩的成果。在ES&T等期刊上共發表SCI論文8篇；圍繞大氣顆粒物測量申請了3項國家發明專利（其中1項已經獲批）；培養博士後1人、工學博士2人和工學碩士1人；多次參加國內外學術交流活動，包括擔任2014國際氣溶膠會議分會主持（Session Chair）和為第十一屆全國氣溶膠會議做“氣溶膠動力學”的專題培訓；通過參加“明天小小科學家”活動、接受中央電視台等新聞媒體採訪和撰寫相關科普文章，積極促進大氣顆粒物相關科學成果的傳播。