（环境科学专业论文）远洋船基及上海地基大气气溶胶理化特性研究.pdf

复旦大学搏士学位论文 摘要 2 世界1 1 个港口城市的理化特征。通过对两次航程中所经过的1 1 个港口 城市的t s p 质量浓度和化学组成分析。除太平洋中的塔希提岛，o c 、e c 在港 口城市中显示较高比例，分别在1 1 1 州6 9 ( o c ) 、1 9 0 o - 1 6 8 ( e c ) 之间。 按t s p 质量浓度排序为：上海 佛得角群岛 巴塞罗那 伊斯坦布尔 里斯本 开普 敦 塔希提 奥克兰 悉尼 瓜亚基尔 巴拿马。其中巴塞罗那、伊斯坦布尔、佛 得角群岛显示绝对高比例的o c 质量浓度：里斯本显示高比例的n o s ；巴拿马 则是呈现较高的m s a 浓度：瓜亚基尔、奥克兰和新西兰显示较高比例的s 0 4 2 - ； 上海是1 1 个港口中无机二次离子s 0 4 2 - 、n 0 3 、n h 4 + 质量浓度和比例最高的港口 城市。 3 上海城区气溶胶数浓度粒径分布的月变化与日变化特征：揭示了上海城 区颗粒物在不同粒径范围和模态的数浓度、表面积浓度、体积浓度分布的月变化 和日变化特征。发现我国特大城市上海存在高浓度的超细颗粒物，占总数浓度的 9 0 0 , 6 左右。数浓度主要分布在a i t k e n 核模态且具有明显的季节变化特征，总体的 趋势是春季 冬季 秋季 夏季。通过对亚微米粒径颗粒物每月数浓度的日平均变 化规律进行考察，将上海的颗粒物日变化特征分为以下三种类型：单峰( 大气光 化学作用对颗粒物的生成和成长过程的推动作用) 、双峰( 交通源排放影响) 、三 峰( 大气光化学和交通排放源共同作用) 。 4 不同污染事件下气溶胶的粒径分布特征：通过对l o 个月的上海城区颗粒 物粒径分布观测中的污染事件进行考察，揭示了清洁天气和污染天气下的颗粒物 粒径分布特征，并根据粒径分布特征、气团后向轨迹、气象因素、化学组分等确 定了造成城市灰霾的三种基本类型，即二次污染、沙尘扬尘污染及生物质燃烧。 其中( 1 ) 二次污染型：持续时间较长，一般为3 5 天左右：颗粒物集中分布于 2 0 - 2 0 0i i l t i 之间，无明显的颗粒物生成或成长现象；数浓度的主要贡献者为2 0 5 0 0 n l n 粒径范围的颗粒物；质量浓度的百分比则显示粗细颗粒物的贡献值均较高； 此类污染数密度、表面积密度和体积密度均呈现较高水平，最高数浓度可达 3 0 0 0 0 8 0 0 0 0c m 3 ；( 2 ) 沙尘扬尘污染：一般维持时间较短，且伴有较高的风速 和较低的湿度；颗粒物的主要粒径范围为2 0 1 0 0n m ，且数浓度百分比例出现上 升：出现颗粒物表面积密度减小，颗粒物总体积浓度( 质量浓度) 急剧上升的现 象；高m 9 2 + 、c a 2 + 离子浓度，对二次无机离子如s o ? 。、n 0 3 。、n h 4 + 等具有清洁 稀释作用；( 3 ) 生物质燃烧污染：颗粒物数浓度无明显变化且主要贡献者是1 0 - 1 0 0 n m 粒径范围的颗粒物：5 0 0 1 0 0 0n m 颗粒物的数浓度的显著升高，是造成质量 浓度发生急剧升高的原因。 5 春节烟花爆竹燃放事件中颗粒物粒径分布特征：烟花爆竹燃放期间大气 气溶胶颗粒物数浓度是平时的3 倍左右，并伴有明显的由凝结核模态和小a i t k e n i i 复旦大学博士学位论文摘要 模态向大a i t k e n 模态和积聚模态转变的现象。通过碰并汇计算结果显示：爆竹 燃放期间所有粒径粒子的碰并汇显著升高。其中ln m 和1 0 0n l t i 的粒子碰并汇同 一时间最大值高达0 1 4 6s 1 和6 9 8 x1 0 6s - 1 。因此，在烟花爆竹燃放期间，la m 和1 0 0n r n 的粒子在大气中的停留时间分别为秒和小时，从而解释烟花爆竹燃放 过程中凝结核模态和a i t k e n 模态粒子的“消失”现象。另烟花爆竹燃放期间计 算得到日平均颗粒物密度( p m l o ) 为2 7g c m 3 。颗粒物的密度由于是影响颗粒 物在人体肺部沉降的一个关键因素并影响着颗粒物的干沉降过程，从而烟花爆竹 燃放颗粒物的高密度特性对人体健康有着重要意义。 关键词：海洋气溶胶；生物质燃烧：长程传输；颗粒物数浓度；粒径分布 中图分类号：x 2 i i i 复旦大学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t 1 1 l el o n g - r a n g et r a n s p o r to fa t m o s p h e r i ca e r o s o lf r o mc o n t i n e n t st ot h eo c e a n s h a si m p o r t a n ti m p l i c a t i o n sf o ro c e a ne c o s y s t e m s , c l i m a t ea n da t m o s p h e r i cc h e m i s t r y n u t r i e n t sf r o mc o n t i n e n t a la e r o s o l sf e r t i l i z et h eo c e a nw a t e rb y s t i m u l a t i n g p h y t o p l a n k t o ng r o w t ha n dt h u s i n f l u e n c em a r i n eg e o c h e m i c a l c y c l e s e r i o u s a t m o s p h e r i cp o l l u t i o n sh a v eb e e no b s e r v e da l o n gt h ec o a s t a lc i t i e sa n dp o r t sb e c a u s e o fr a p i de c o n o m i ci n c r e a s e t h em a j o rt h r e er e g i o n so fh a z ep o l l u t i o ni nc h i n aa r e p e a r lr i v e rd e l t a , y a n g t z er i v e r d e l t aa n dt h eb o h a ir e g i o n 1 1 l er a p i dd e t e r i o r a t i o n o fa i rq u a l i t yi ny a n g t z er i v e rd e l t ah a sb r o u g h ts i g n i f i c a n tc h a l l e n g e s a st h e e c o n o m i cc e n t e ro ft h ey a n g t z er i v e rd e l t aa n dt h eh o l d e ro ft h ew o r l de x p o2 0 1 0 ， t h ea i rp o l l u t i o nc o n t r o li ns h a n g a h ih a sb e e nt h eh o t t o p i c t h en u m b e rc o n c e n t r 撕o na n ds i z ed i s t r i b u t i o no ft h ea t m o s p h e r i cp a r t i c l ev a r i e s w i t hd i f f e r e n tp h o t o c h e m i c a lp r o c e s s e s , a i rm a s sc h a r a c t e r i s t i c sa n de m i s s i o nt y p e s t ok n o wa b o u tt h es i z ed i s t r i b u t i o na n ds o u r c e so f p a r t i c l e si nd i f f e r e n ts i z eb i n sc a n h e l pu sh a v ead e e p e ru n d e r s t a n d i n ga b o u tt h ee f f e c t so fa t m o s p h e r i ca e r o s o l so nt h e a t m o s p h e r i cr a d i a t i o nb a l a n c e , c h e m i c a lp r o c e s sa n de v e nc l i m a t ec h a n g e t h ed a t a c o l l e c t e da n dt h er e s u l t sg o ti nt h i ss t u d yw o u l dp r o v i d ev a l u a b l ei n f o r m a t i o nf o rt h e p o l i c i e so f t h ef i n ep a r t i c l ec o n t r 0 1 i nt h i ss t u d y , t 0 t a ls u s p e n d e dp a r t i c u l a t e sc r s p ) s a m p l e sw e r ec o l l e c t e do v e rt h e a t l a n t i co c e a na n dt h ep a c i f i co c e a nd u r i n gt w oc r u i s e si ns e p t e m b e r - d e c e m b e r 2 0 0 7 ( c r u i s ei ) a n dm a r c h a p r i l2 0 0 8 ( c r u i ) a b o a r dt h em vo c e a n i c d a t a w e r ea n a l y z e da n di n t e r p r e t e d 谢n it h ea i do fb a c kt r a je c t o r y , p r i n c i p a lc o m p o n e n t ， a n dm u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s e s w ef i r s tr e p o r tt h eo v e r a l lc o n c e n t r a t i o n so f i n o r g a n i ci o n s ，e l e m e n t a lc a r b o n 但c ) ，a n do r g a n i cc a r b e n ( o c ) i nf i v er e g i o n s ， c o m p a r et h er e s u l t sw i t ht h o s ef r o mp r e v i o u ss t u d i e s , a n dt h e ne x a m i n et h e c o n m b u t i o no fc o n t i n e n t a la e r o s o l st ot h em a r i n ee n v i r o n m e n ta n dt h ec h e i i l i c a l i n t e r a c t i o n sb e t w e e nm a r i n ea n dc o n t i n e n t a la e r o s o l s s e c o n d l y , w ef i n i s h e dt h et s p a e r o s o ls a m p l i n gi n11p o r t so v e rt h ew o r l dt of i n do u tt h ec o m m o nc h e m i c a lf e a t u r e s f o rc o a s t a lc i t i e sa n dt h ee f f e c t so fs h i pe m i s s i o n s t h i r d l y , w ef o c u s e do nt h es e a s o n a l a n dd i u r n a lv a r i a t i o n so f p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o ni nu r b a ns h a n g h a i ，a n dt h ed i f f e r e n t f o r m a t i o nm e c h a n i s m sf o rd i f f e r e n tp o l l u t i o nt y p e sa l s oh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d 1 1 l em a j o rr e s u l t sg o tf r o mt h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 c h e m i a lc h a r a c t e r i z a f i o no fm a r i n ea e r o s o l so v e rt h ew o r l do c e r n s ： c o m p a r e dw i t ht h er e s u l t s o v e rt h es o u t hp a c i f i cf r o mt w od e c a d e sa g o ，t h e i v 复旦大学博士学位论文 a b s t r a c t n o n s e a - s a l ts u l f a t e ( n s s s 0 4 2 ) c o n c e n t r a t i o n so v e rt h es o u t hp a c i f i ch a v ei n c r e a s e d b yaf a c t o ro f 1 5 ，w h i l et h en 0 3 。c o n c e n t r a t i o nh a sr e m a i n e dc o n s t a n t a s s u m i n g t h a tt h en i t r a t ev a l u e sm e a s u r e di ns o u t hp a c i f i c ( o 1 24 - o 1 5l a g r n 。) a r e r e p r e s e n t a t i v eo fo c e a n i c b a c k g r o u n d a n dt h a tt h e s ev a l u e sa r ea p p l i c a b l et ot h e o c e a n si nt h en o r t h e mh e m i s p h e r e ，t h ec o n t i n e n t a ls o u l e sa p p e a rt oa c c o u n tf o r8 2 ( t h en o r t h e r na t l a n t i co c e a np a r td u r i n gc r u i s ei ) ，8 9 ( s o u t h e r na t l a n t i co c e a n ) ， 9 1 ( t h en o r t h e r na t l a n t i co c e a np a r td u r i n gc r u i s en 3 ，a n d8 7 ( t h em e d i t e r r a n e a n s e a ) o ft h et o t a ln i t r a t ec o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h eo b s e r v a t i o np e r i o d s o na v e r a g e ， n s s s o 广a c c o u n t e df o r3 0 0 0 - 5 2 o ft h et o t a ls 0 4 2 - d u r i n gt h et w oc r u i s e s c h l o r i d e d e f i c i tw a so b s e r v e di na l ls a m p l e s ，w i t hn s s - s 0 4 夺b e i n gt h ep r e f e r r e ds p e c i e sf o r a c i dd i s p l a c e m e n to v e rt h es o u t hp a c i f i ca n dt h em e d i t e r r a n e a ns e a p e r s i s t e n tc l e a n m a r i n ea i rm a s s e sw e r eo n l yo b s e r v e do v e rt h en o r t h e r na t l a n t i ca n ds o u t hp a c i f i c d u r i n gc r u i s ei ，w h i l em o r ef r e q u e n ti m p a c t so fc o n t i n e n t a la i r ( d u s t , b i o m a s sb u r n i n g ， a n di n d u s t r i a lp l u m e s ) w e r eo b s e r v e dd u r i n gc r u i s e c o m b i n e dw i t i lt h en a a p s a e r o s o lm a p s , t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a td u r i n gc r u i s e ：( 1 ) s o u t h e r na t l a n t i cw a s i n f l u e n c e db ys o u t h e ma f r i c aa n dt h ei n t e r - h e m i s p h e r et r a n s p o r to fb i o m a s sb u r n i n g p l u m e si nc e n t r a la f r i c a ；( 2 ) n o r t h e ma t l a n t i cw a su n d e rt h ec o m b i n e dp o l l u t i o n p l u m e so fs a h a r ad u s ti n t r u s i o na n d b i o m a s sb u m i n g ；a n d ( 3 ) t h em e d i t e r r a n e a ns e a w a sa f f e c t e d b y t h em i x e d p o l l u t i o n f r o mb i o m a s s b u r n i n g a n di n d u s t r i a l c o n t a m i n a t i o n ，a sw e l la ss a h a r a nd u s t 2 t h ec h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c si n1 1p o r t so v e rt h ew o r l d ：l a r g er a t i o so fo c a n de cw e r ef o u n de x c e p tt a h i t ii s l a n d s ，w h i c hw e r ei nt h er a n g eo f1 1 1 - 4 6 9 a n d1 9 0 , - 16 8 ，r e s p e c t i v e l y f o rt h et s pm a s sc o n c e n t r a t i o n ，t h eo r d e ri s ： s h a n g h a i c a p ev e r d ei s l a n d s b a r c e l o n a i s t a n b u l l i s b o n c a p et o w n 眺i t i a u c k l a n d s y d n e y g u a y a g u i l p a n a m a r e l a t i v e l yh i s hr a t i oo fo ch a s b e e ns h o w ni nb a r c e l o n a , i s t a n b u la n dc a p ev e r d ei s l a n d s ，a n dl i s b o n 诚n il l i g hr a t i o o fn 0 3 ，p a n a m a 、) v i t l lh i 曲r a t i oo fm s a ，g u a y a g u i l ，a u c k l a n da n ds y d n e ys h o w e d h i g hr a t i oo fs 0 4 2 - s h a n g h a ii st h em o s tp o l l u t e dp o r tw i t hm u c hh i g h e rr a t i o so f s e c o n d a r yi n o r g a n i ci o n s ：s u c ha ss 0 4 2 ，n 0 3 a n dn h 4 3 s e a s o n a la n dd i u r n a lv a r i a t i o n so fp a r t i c l en u m b e rc o n c e n t r a t i o na n ds i z e d i s t r i b u t i o n si ns h a n g h a i ：n o to n l yh i g hn u m b e rc o n c e n t r a t i o n ，b u ta l s ot h eh i g h e r p e r c e n t a g eo fu l t r a f i n ep a r t i c l e sh a sb e e no b s e r v e di ns h a n g h a it h a ni ne u r o p ea n d n o r t ha m e r i c as i t e s i tw a sf o u n dt h a tt h en u m b e rc o n c e n t r a t i o ni sd o m i n a t e db y a i t k e nm o d ep a r t i c l e sw i t ho b v i o u ss e a s o n a la n dd i u r n a lv a r i a t i o n s t h r e et y p e so f v 复旦大学博士学位论文 a b s t r a c t d i u r n a lv 撕a t i o n sh a v e b e e no b s e r v e d ：s i n g l ep e a k ( a t m o s p h e r i cp h o t o c h e m i c a l f o r m a t i o no fp a r t i c l e sa n dt h er o l ei np r o m o t i n gt h eg r o w t hp r o c e s s ) ；t w i np e a k s ( s o u r c ee m i s s i o n sf r o mt r a f f i ca n dv e h i c l e s ) ，t h r e ep e a k s ( c o m b i n e de f f e c t sf r o m p h o t o c h e m i c a lp r o c e s sa n dt r a f f i ce m i s s i o n s ) 4 c h a r a c t e r i z a t i o no fp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n so fd i f f e r e n tp o l l u t i o ne v e n t s ： t h ed i f f e r e n tf o r m a t i o nm e c h a n i s m so fp o l l u t i o ne p i s o d e sa r ei n v e s t i g a t e dd u r i n g10 m o n t h so b s e r v a t i o np e r i o di ns h a n g h a i t h r e et y p e so fh a z e ，i e ，s e c o n d a r yi n o r g a n i c p o l l u t i o n ，d u s t , a n db i o m a s sb u r n i n gw e r ec o n f i r m e db y 面n gt h ep a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o n ，a i rm a s sb a c k w a r dt r a j e c t o r y , m e t e o r o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n dc h e m i c a l c o m p o n e n t sa n a l y s i s ( 1 ) s e c o n d a r yi n o r g a n i cp o l l u t i o n ：g e n e r a l l yl a s tf o r3 5d a y s ； p a r t i c l en u m b e ri sd o m i n a t e di nt h es i z er a n g eo f 2 0 - 2 0 0n mw i t h o u to b v i o u sp a r t i c l e f o r m a t i o na n dg r o w t hp r o c e s s ；n u m b e rc o n c e n t r a t i o nc a nb ea sh i 。g ha s3 0 0 0 0 - 8 0 0 0 0 c m 咕；( 2 ) d u s t ：g e n e r a l l yl a s tf o rs e v e r a lh o u r st oo n ed a yw i t hh i g hw i n ds p e e da n d l o wr h ；p a r t i c l en u m b e ri sd o m i n a t e di nt h es i z er a n g eo f2 0 1 0 0s i nw i t l lt h e i n c r e a s i n go f 2 0 1 0 0n mp e r c e n t a g ea n dt o t a lv o l u m ec o n c e n t r a t i o n ；c o n c e n t r a t i o no f m 9 2 + a n dc a 2 + a r eh i g h e rt h a nu s u a lw h i l es e c o n d a r yi n o r g a n i ci o n s , s u c ha ss 0 4 2 、 n 0 3 。、n i - 1 4a r e “d i l u t e d b yt h ed u s te f f e c t ；( 3 ) b i o m a s sb u r n i n g ：n oo b v i o u sc h a n g e o ft o t a ln u m b e rc o n c e n t r a t i o n 、i t l lt h ed o m i n a t e ds i z er a n g eo fl0 10 0r i m ；o b v i o u s i n c r e a s i n go fn u m b e r c o n c e n t r a t i o ni nt h es i z er a n g eo f5 0 0 10 0 0n n lc o n t r i b u t et ot h e i n c r e a s eo fm a s sc o n c e n t r a t i o nw a so b s e r v e d 5 p h y s i c a lc h a r a c t e r i z a t i o no fa e r o s o lp a r t i c l en u m b e rs i z ed i s t r i b u t i o n s d u r i n gt h ec h i n e s en e w y e a r ，sf i r e w o r ke v e n t ：p a r t i d e sc o n c e n t r a t i o n sd u r i n g t h ep e a kh o u ro ff i r e w o r kc e l e b r a t i o n sw o r ea p p r o x i m a t e l y3t i m e sh i g h e rt h a nt h ed a y b e f o r e ，w i t hac l e a rs h i f to fp a r t i c l e sf r o mn u c l e a t i o na n da i t k e nm o d et os m a l l a c c u m u l a t i o nm o d ep a r t i c l e s c o a g u l a t i o ns i n k sf o ra l lp a r t i c l es i z e sw e r eg r e a t l y e n h a n c e dd u r i n gt h ef i r e w o r kc e l e b r a t i o nd u et oh i i g hc o n c e n t r a t i o n so fa c c u m u l a t i o n m o d ep a r t i c l e s 1 h em a x i m u mc o a g u l a t i 强s i n kv a l u e sf o r1a n dl0 0n m p a r t i c l e s w e r e0 1 4 6s 1a n d6 9 8 1 0 - 5s 1d u r i n gt h ep e a kh o u r , r e s p e c t i v e l y t h u s ，l i f e t i m e so f 1a n d10 0s i np a r t i c l e sw e r ei nt h eo r d e ro fs e c o n d sa n dh o u r s ，r e s p e c t i v e l y , r e s u l t i n g i nr e d u c t i o na n dd i s a p p e a r a n c eo fs m a l l e rp a r t i c l e s d a i l ya v e r a g e dp a r t i c l ed e n s i t y w 罄c a l c u l a t e da sh i 曲a s2 7gc m 3 ，w h i c hw o u l db eo n eo ft h ep a r a m e t e r st h a t d i r e c t l yc o n t r o lp a r t i c l ed e p o s i t i o ni nl u n g sb yi n e r t i a la n ds e d i m e n t a t i o np r o c e s s e s t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tp r i m a r ye m i s s i o n sf r o mf i r e w o r kc e l e b r a t i o n s s i g n i f i c a n t l ya l t e rt h em o d a ls t r u c t u r eo fp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n sa n dp a r t i c l ed e n s i t y v i 复旦大学博士学位论文 a b s t r a c t b o t ht h e s ep r o p e r t i e sa r el i k e l yt oi n f l u e n c ep a r t i c l er a d i a t i v ep r o p e r t i e sa n d t o x i c o l o g i c a le f f e c t s k e yw o r d s ：m a r i n ea e r o s o l ；b i o m a s sb u r n i n g ；l o n g r a n g et r a n s p o r t ；p a r t i d en u m b e r c o n c e n t r a t i o n ；s i z ed i s t r i b u t i o n c l c ：x 2 i 复旦大学博士学位论文第一章 1 1 大气气溶胶 第一章绪论 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系， 分散于其中的各种粒子被称为气溶胶粒子或大气颗粒物。气溶胶是大气中的主要 污染成分之一，也是导致大气能见度降低的主要原因。气溶胶通过影响大气辐射、 大气化学及云和降水过程，改变地水气系统内部的辐射能力收支和水循环，对全 球气候和环境变化产生巨大影响。气溶胶的跨洋长程传输被认为是全球生物地球 化学循环的主要途径之一【l 埘。由于海洋占全球表面积的7 0 9 ，来自陆地的营养 物质沉降到海水中会促使海洋中藻类的生长从而改变海洋生物地球化学平衡 【3 4 】。在全球对流层范围内，气溶胶被认为是影响气候变化的重要因素之一1 5 川。 气溶胶可以通过光散射和光吸收( 如黑炭) 直接影响气候变化【8 l ，也会通过改变 云的化学性质和存在周期间接影响气候 9 - 1 2 l 。研究大气气溶胶是研究大气圈、水 圈、生物圈以及人类圈之间的生物地球化学平衡，对人类的生存发展具有重大意 义，并已成为研究全球环境和气候变化的重要领域。此外，流行病学研究指出大 气颗粒物的存在，尤其是粒径较小的超细颗粒物会危及人体健康，包括引发呼吸 系统疾病等 1 3 - 1 6 。如今气溶胶研究已经成为世界公众、科学家和各国政府及联合 国组织关注的焦点。大气气溶胶的研究，已经发展到包括化学和物理的性状、来 源、形成、时空分布、大气化学过程、全球气候变化和健康效应等多方面、多层 次的研究。 i i i 海洋气溶胶 海洋面积占地球表面的7 0 9 ，对地球环境起着重要的调节作用。大陆气溶 胶的长程跨洋输送不仅对海洋大气化学、海洋表层水生产力、深海沉积物有十分 重要的影响，而且大气中的气溶胶通过其对太阳辐射的直接辐射强迫以及通过气 溶胶形成云凝结核( c c n ) 的能力而产生的间接辐射强迫对气候变迁产生重大影 响。同时，大陆气溶胶引入的营养元素使得海水中的藻类过度生长繁殖，从而破 坏了海洋的生态系统。 以往对海洋气溶胶光学厚度、物理特性、化学组成等研究主要有以下几种研 究手段：( 1 ) 船基观测：这些研究大部分集中在1 9 8 0 s 1 9 9 0 s 和2 0 0 0 s 。主要针对 海洋气溶胶化学组成，如含硫化合物1 1 7 1 、矿物质元素和化合物1 3 i 、黑炭1 9 1 、时 空变化特征1 2 0 , 2 、沉降1 2 2 、光学性质【2 3 1 、物理性质【2 4 】等进行了观测研究：( 2 ) 飞机航测：如在大西洋东北部的亚热带地区开展的a c e 一2 ( 1 n h e2 n da e r o s o l 复旦大学博士学位论文第一章 1 1 大气气溶胶 第一章绪论 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系， 分散于其中的各种粒子被称为气溶胶粒子或大气颗粒物。气溶胶是大气中的主要 污染成分之一，也是导致大气能见度降低的主要原因。气溶胶通过影响大气辐射、 大气化学及云和降水过程，改变地水气系统内部的辐射能力收支和水循环，对全 球气候和环境变化产生巨大影响。气溶胶的跨洋长程传输被认为是全球生物地球 化学循环的主要途径之一【l 埘。由于海洋占全球表面积的7 0 9 ，来自陆地的营养 物质沉降到海水中会促使海洋中藻类的生长从而改变海洋生物地球化学平衡 【3 4 】。在全球对流层范围内，气溶胶被认为是影响气候变化的重要因素之一1 5 川。 气溶胶可以通过光散射和光吸收( 如黑炭) 直接影响气候变化【8 l ，也会通过改变 云的化学性质和存在周期间接影响气候 9 - 1 2 l 。研究大气气溶胶是研究大气圈、水 圈、生物圈以及人类圈之间的生物地球化学平衡，对人类的生存发展具有重大意 义，并已成为研究全球环境和气候变化的重要领域。此外，流行病学研究指出大 气颗粒物的存在，尤其是粒径较小的超细颗粒物会危及人体健康，包括引发呼吸 系统疾病等 1 3 - 1 6 。如今气溶胶研究已经成为世界公众、科学家和各国政府及联合 国组织关注的焦点。大气气溶胶的研究，已经发展到包括化学和物理的性状、来 源、形成、时空分布、大气化学过程、全球气候变化和健康效应等多方面、多层 次的研究。 i i i 海洋气溶胶 海洋面积占地球表面的7 0 9 ，对地球环境起着重要的调节作用。大陆气溶 胶的长程跨洋输送不仅对海洋大气化学、海洋表层水生产力、深海沉积物有十分 重要的影响，而且大气中的气溶胶通过其对太阳辐射的直接辐射强迫以及通过气 溶胶形成云凝结核( c c n ) 的能力而产生的间接辐射强迫对气候变迁产生重大影 响。同时，大陆气溶胶引入的营养元素使得海水中的藻类过度生长繁殖，从而破 坏了海洋的生态系统。 以往对海洋气溶胶光学厚度、物理特性、化学组成等研究主要有以下几种研 究手段：( 1 ) 船基观测：这些研究大部分集中在1 9 8 0 s 1 9 9 0 s 和2 0 0 0 s 。主要针对 海洋气溶胶化学组成，如含硫化合物1 1 7 1 、矿物质元素和化合物1 3 i 、黑炭1 9 1 、时 空变化特征1 2 0 , 2 、沉降1 2 2 、光学性质【2 3 1 、物理性质【2 4 】等进行了观测研究：( 2 ) 飞机航测：如在大西洋东北部的亚热带地区开展的a c e 一2 ( 1 n h e2 n da e r o s o l 复旦大学博士学位论文第一章 c h a r a c t e r i z a t i o ne x p e r i m e n t ) 观测项目l 乃j ；t a r f o x ( t r o p o s p h e r i ca e r o s o l r a d i a t i v ef o r c i n go b s e r v a t i o n a le x p e r i m e n t ) 观测项目中利用飞机航侧来观测美国 东海岸的灰霾气团并对其光学性质进行研究1 2 6 】：y a m a t o 和t a n a k a l 2 刀利用飞机航 测对海洋自由对流层不同气团来源的气溶胶颗粒物的化学特性进行了研究等； ( 3 ) 长期陆地或岛屿的观测：如c h i a l ) e l l o 等【2 8 】通过在巴巴多斯岛的地面长期观 测和t o m s ( t o t a lo z o n em a p p i n gs p e c t r o m e t e r ) 中的光学厚度数据结合考察亚 洲沙尘对大西洋的影响；h o o m a e r t 等1 2 9 在a c e 2 观测项目在特内里费岛长期观 测海洋边界层和自由对流层气溶胶单粒子的特性；“等跚】在加那利群岛和葡萄 牙萨格里什利用t e m ( 透射扫描电镜) 研究北大西洋上空的气溶胶单颗粒性质； s a v o i e 和p r o s p e r 0 1 3 1 】贝0 利用在太平洋深海众多岛屿上的观测结果研究来自海洋 和陆地的非海盐硫酸盐的组成和对比：( 4 ) 遥感反演：除地面和空中直接观测外， 遥感反演也是探测大气气溶胶的重要手段，即直接或间接通过遥