气溶胶风化动态过程的时间和空间分辨观测

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41175119
项目类别：
面上项目
资助金额：
75.0万
负责人：
张韫宏
依托单位：
北京理工大学
学科分类：
D0505.大气物理学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
郭郁葱；张庆暖；周强；汪阳；
关键词：
气溶胶显微红外风化动力学显微拉曼显微高速摄像

项目摘要

气溶胶作为云凝结核，影响云、雾的形成，改变太阳对地球的辐射平衡，直接或间接影全球气候。吸湿性是气溶胶一个重要特性，当湿度低于风化点时，气溶胶液滴发生相变，往往生成亚稳态、形态复杂的固相颗粒物，或者生成复杂的多相结构，也可能会转变成高粘度的玻璃态或胶态结构，这些结构特征本质上决定了固态颗粒物的光学特性以及化学反应活性，是目前云雾物理化学和大气化学领域集中关注的前沿基础科学问题。本课题将建立适于典型气溶胶液滴风化动态过程观测的时间和空间分辨手段，时间分辨率可以涵盖微秒到秒范围，空间分辨率达到微米尺度，以获得气溶胶液滴风化动力学过程的观测数据，以显微光谱学手段，获取风化前后相分离结构、亚稳相结构、玻璃态或胶态结构的分子水平信息，在分子结构、热力学、动力学不同层面，揭示气溶胶风化动力学规律。

结项摘要

本项目建立了时间分辨、空间分辨观测方法，开展了气溶胶表面动力学过程的研究，取得如下成果：（1）压力脉冲技术与快速真空FTIR扫描检测方法结合，研究了气溶胶成核、传质动态过程，在远低于风化点的RH条件下得到了硫酸铵颗粒的非均相成核速率；探究了硫酸镁体系相对湿度低于40%条件下由于形成胶态结构表现出的体相传质受阻机制。（2）利用单液滴光镊悬浮技术，可以捕获单个液滴（半径3-8微米）液滴，进行了受激拉曼原位测量，得到低挥发性有机体系的平衡分压和饱和蒸气压，胶态硫酸镁微粒中水分子扩散系数，并探究了有机无机混合体系的液相液相分离特性与形貌。（3）利用疏水表面球形气溶胶液滴两次聚焦共焦拉曼方法，开展了表面和内核组成的传质动态过程和结构差异研究，分析了液滴纳克级气溶胶过饱和液滴的离子对形成和转化过程，与混合气溶胶对于各种组分的吸湿性影响。（4）将气相色谱法/傅里叶变换红外光谱法与气泡柱技术相结合，对大气中挥发性、半挥发性有机物在溶剂中的溶解分配进行研究。对一系列大气内挥发性/半挥发性有机物进行了亨利常数测量。首次得到了不同温度条件下上述化合物在纯水中的亨利常数。（5）利用FTIR-ATR技术，探索了气溶胶均相成核和异相成核结晶动力学，得到NaNO3均相成核和异相成核速率，并证明甘油对均相与非均相成核过程都存在明显的抑制作用；以及有机薄膜与O3非均相化学反应动力学问题，得到芥酸，亚油酸等有机薄膜表面对O3的摄取系数。