大气生物气溶胶花粉单颗粒的形貌特征及吸湿特性研究

近年来大气生物气溶胶颗粒吸湿性对气候和人体健康的影响引起了人们的广泛关注,而花粉颗粒是生物气溶胶的重要组成部分,为了解花粉颗粒吸湿性的变化趋势,在杭州市内收集了5种花粉颗粒(山茶花花粉、诸葛菜花粉、耧斗菜花粉、锦带花花粉、三色堇花粉),使用扫描电子显微镜观察花粉颗粒物的微观形貌,并使用单颗粒吸湿性系统研究了不同相对湿度(relative humidity,RH)条件下花粉单颗粒粒径的分布特征,获得了花粉颗粒吸湿增长因子(GF).结果表明:5种花粉颗粒的吸湿增长特征各异,RH=90%时山茶花、诸葛菜、耧斗菜、锦带花和三色堇花粉颗粒的吸湿增长因子分别为1.09、1.09、1.08、1.13和1.14,RH=95%时则分别为1.11、1.10、1.11、1.14和1.16,这些结果总体低于大气中无机盐颗粒的吸湿增长因子.在花粉颗粒的吸湿性增长过程中,不仅花粉颗粒表面有微弱的吸湿增长,一些花粉颗粒的整体结构和形态也会发生变化,如在扫描电子显微镜下,可以观察到锦带花花粉颗粒在干燥状态时表现为一种内部镂空的塌缩状态,而在相对湿度增大的过程中颗粒会鼓起并逐渐接近于球形.这表明花粉颗粒在大气中确实呈现出较弱的吸湿增长特性,且颗粒内部会吸水,从而改变其形貌结构,这对于理解花粉颗粒在人体呼吸道中的表面吸湿行为及其在大气中的成云凝结核能力有着重要的科学意义.研究显示,花粉种类、花粉萌发孔数目和花粉表面结构影响花粉吸湿性,低湿度下花粉吸湿增长缓慢,高湿度下花粉吸湿增长迅速.

长江三角洲地区高空云过程气溶胶——云相互作用的观测研究

气溶胶—云相互作用过程对于评估大气云和气溶胶的寿命及气候效应至关重要。目前关于气溶胶—云相互作用的研究主要以飞机航测、卫星反演和模式模拟为主,地基直接观测由于布置难度大、实验时间长、人力物力耗费等原因开展得较少。当前针对气溶胶—云相互作用机制的理解还比较低,亟需外场观测资料深入认识其过程。本研究以长江三角洲地区高山站点的云雾为背景,利用雾滴谱仪、地用逆流虚拟撞击器、混合凝聚核粒子计数器、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪等仪器,研究了大明山顶(海拔1483 m)7月份多云雾期间云滴和气溶胶的特性,探讨了气溶胶对云形成和发展的影响以及云对气溶胶颗粒物的清除作用。云形成初期对气溶胶颗粒物的清除率约为20%~50%。研究显示水汽过饱和度越高且颗粒物粒径越大,清除率越高,这表明粒径较大的吸湿性颗粒物容易活化为云凝结核。对比同一云雾事件中气溶胶数浓度差异较大的三个阶段,我们发现较低的气溶胶数浓度有利于形成液态水含量高的浓云,此时云团由数量相对较少而粒径大的云滴组成,而大气颗粒物数量增多会使云雾变淡,此时的云团由大量细小的云滴组成。本研究分析了8μm以上云滴的云凝结核数量分布特征,发现大云滴的云凝结核几乎都是100 nm以上的颗粒物;随着气溶胶数浓度升高,8μm以上大云滴的数量减少,且大云滴云凝结核的平均直径变大。这些结果显示气溶胶数浓度升高会促使云滴的数量增多而等效直径变小,在水汽有限的自然环境中,气溶胶数浓度越高,颗粒物的临界活化直径越大。总之,我们发现大气气溶胶的数浓度—粒径分布特性影响着云滴的数量和粒径,云的形成和发展也对气溶胶颗粒物有较强的清除作用。