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2.5 浓雾天气气溶胶颗粒物的成分
2.5.1 气溶胶颗粒物来源
来源复杂是大气颗粒物的污染特征之一。细粒子的来源主要可分为三类:人为源、自然源和二次粒子。
（1） 人为源
人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。
（2） 自然源
自然源主要包括土壤风沙尘、海盐粒子、植物花粉、孢子和细菌等.另外,自然界的自然灾害如火山喷发、森林大火、裸露的煤源大火等也向大气中输送了大量的细粒子。但是对细粒子污染影响最大的是人为源,而不是自然源。
（3） 二次粒子
二次生成物的形成机理是近年来气溶胶来源研究的一个热点,也是难点。对于大气气溶胶中的二次颗粒物的来源有不同的说法:一是认为在大气中存在着一系列复杂的化学反应,实现由气体到粒子的相态转换。研究表明,大气中的硝酸盐和硫酸盐是二次颗粒物的主要化学成分。二是认为大气高层中的雨滴、冰晶蒸发后的凝结核由下沉气流带到大气的低层。三是对于某一国家或地区而言,从其他临近国家或地区经大气的长距离输送而来。韩国和日本的大气气溶胶来源研究发现,在韩国、日本的一些地方有从遥远的撒哈拉大沙漠或中国的西北吹来的沙尘。
在欧洲的各国,由于相互毗邻,地理距离很近,气溶胶的大气输送作用更加明显[9]。
2.5.2 气溶胶颗粒物组成
大气颗粒物的来源、组成、在空气中存在寿命及输送距离（见表3）。
表3 环境空气中颗粒物的来源与特性
性质 PM2.5 PM2.5~10
来源 燃烧产物、高温过程产物、空气反应物 固体（土壤、尘）、机械破碎物、雾滴蒸发物
一般组成 SO42-、NO3-、NH4+、重金属、有机碳等 浮尘、地壳元素（Si、Al、Ti、Fe) 氧化物、化石燃料飞灰、CaCO3、海盐、动植物碎屑等
在空气中寿命 数天~数月 数分钟~数小时
输送距离 数百~数千 km <1km~数十公里
PM10和PM2. 5组成复杂多变，目前，围绕PM10和PM2. 5来源进行了大量研究，主要研究结果支持不同地区PM10和PM2. 5来源和相对贡献存在差异，且主要来源是人为排放。我国城市PM10主要来源是扬尘( 20% ～60%) 、燃煤( 15% ～ 30%) 、工业排放( 20%) 、机动车排放( 5% ～ 20%) 、生物质燃烧( 10%) 、二次颗粒物( 20% ～ 40%);，PM2. 5主要来源为二次颗粒物( 53. 7%) 、道路尘( 13. 3%) 、生物质燃烧( 6. 1%) 、机动车排放( 5. 7%) 、金属工业( 4. 9%) 和燃煤( 3. 6%)[12]。
3 浓雾天气气溶胶颗粒物发展过程
本章从雾天气气溶胶颗粒物输运展开数值研究，分析雾层中发生的主要物理现象和过程，讨论雾环境下可吸入气溶胶颗粒物的运动和颗粒数目、尺度的演变规律。雾霾天气气溶胶颗粒物的物理化学过程可描述如下:CCN(凝结核,是在水汽凝结成水滴过程中能作为凝结核心的气溶胶粒子)吸湿生长为液态气溶胶、气态污染物通过扩散被液态气溶胶吸收(冷凝事件),而部分子颗粒物会被液态气溶胶捕获(凝并事件).在此过程中,部分液态气溶胶沉积下来,部分会发生蒸发,形成新的颗粒物和更多的CCN[16]。
目前,对颗粒物复杂物理化学过程宏观的数值研究方法主要有两种:多相流模型和方法、颗粒群平衡模拟(PBM)。如Breuer M 等研究者基于两相流理论,数值研究了气溶胶颗粒物在90°弯管内的运动过程。Robert Sturm 采用Monte-Carlo方法对气溶胶颗粒物在人体肺泡中的扩散进行了数值模拟。PBM的显著优点：以颗粒尺度函数为关键参数,利用颗粒尺度分布函数的时空演变过程来量化离散系统的动力学特性。而且,雾霾天气气溶胶系统是一个典型的离散系统,因此本文将采用PBM开展雾霾天气雾形成、发展及消散过程气溶胶颗粒的动力学研究[17]。