文摘

干沉积的粒子是大气中的气溶胶去除的重要途径和关键过程surface-atmosphere交流。沉积速度、Vd往往parameterised空气质量和气候造型作为摩擦速度的函数,、大气稳定,颗粒大小(如果size-segregated信息是可用的)。在这个工作中,Vd和之间的相关性的研究提出了在不同表面对PM2.5和粒子通量。结果表明几乎Vd的线性增加与斜坡类似PM2.5通量和粒子数通量在不同的表面分析。这意味着比率Vd /倾向于在相似的价值观,即使Vd和崩溃明显不同,因为考虑到大部分的表面效果。稳定的情况下,有一个有限的区别不稳定/中性例略低沉积速率稳定情况下的固定值。Vd /的平均值是0.010±0.0017(0.0062±0.0015)中位数(考虑所有稳定性)和0.0097±0.002(0.005±0.001)中值稳定的情况下。这可能是实证的基础参数化沉积速度的空气质量模型。

1。介绍

大气气溶胶粒子是由人为和自然资源和大气中通过化学和物理过程。大气气溶胶的动力是高度复杂的,涉及粒子的形成、生长和表面交换过程(1]。气溶胶的影响包括直接和间接气候迫使通过传入的太阳辐射的吸收和散射,形成云凝结核的激活2,3],降低能见度[4),和对人类健康的影响5- - - - - -8]。干沉积的粒子是atmosphere-surface交换的关键过程。它是一个持续的过程,给出了重要贡献在大多数环境中大气粒子去除。的分析和参数化过程影响垂直运输和交换粒子空气质量和气候模型的相关研究课题(9- - - - - -11]。有几个可能的方法来研究气溶胶的干沉积;然而,在过去几年中涡度相关法(EC)广泛用于调查干沉积速度几个类型学的表面12,13]。电子商务在农村网站被用来描述沉积速度和在森林12,14,15],在冰雪[16- - - - - -19),和在城市环境特征发射速度(即。,向上的通量)20.- - - - - -25]。

有几个因素影响气溶胶的干沉积,主要是摩擦速度、粒子大小、边界层条件(湍流强度),大气稳定,收集表面的性质。有许多模型,试图解释和parameterise复杂表面的沉积过程考虑几种机制描述湍流通量(26- - - - - -28]。在其他情况下,简单的参数化干沉积速度Vd的摩擦速度的函数和稳定的(通过Monin-Obukhov长度,(使用)12,13,15]。可以用这些参数化运输和分散模型中考虑材料从大气到表面的转移。一般来说,Vd /无量纲的比例似乎在稳定大气条件对不稳定条件下小(29日]。

在这工作干沉积速度之间的相关性的分析,接管不同的表面,摩擦速度稳定性的作用进行了讨论。测量是指PM2.5质量通量和粒子通量。

2。测量网站

数据分析工作在不同的实验活动被广泛的表面粗糙度条件下,从几乎光滑表面(即。,iced surfaces in Antarctica) to surfaces with different degrees of complexity: urban background, urban canopy, and industrial district (in Italy) or patchy Venice lagoon surface (Italy). In the following sections each experimental site and campaign have been briefly described and the details of the sites characteristics are summarised in Table1,如图1。micrometeorological测量被用来评估位移高度和粗糙度值为每个站点(表1在()使用方法报告30.),它使用声波温度和垂直风组件相似关系。

2.1。威尼斯泻湖(Mazzorbo岛,意大利东北部)

测量PM2.5浓度和通量进行后台网站放置Mazzorbo岛上,在威尼斯泻湖离地面10米。测量站点(45°12° E)是一场位于威尼斯镇东北约8公里。这个网站是位于非常接近(约5米)的水湖W-SW方面,同时,在另一个方向(北部、东部和南部),它的特点是土地植被较短,约1 - 2公里一些小树,和一座两层楼的房子,虽然渠道和水也出现在这个区域(图1(一))。三个测量活动进行:第一测量运动(夏天)2004年7月18(2),第二个活动(冬季)2005年2月和3月(2月16日到3月15日),第三个活动(春季)2006年5月(5 - 23)。这些活动分析在这项工作。更多细节在网站上可以找到在31日]。

2.2。莱切城市背景网站(意大利东南部)

测量运动在2005年春夏形式相对于PM2.5浓度和通量4月到6月。第二个活动是执行12到7月30日,2010年的测量粒子数浓度和通量。该网站的试验田莱切ISAC-CNR单元放置在大学校园(40° 18°N,E)和位于从莱切镇西南约3.5公里。该网站是一个矩形的领域与主要的特征是短植被约200,有两个连续的小树环绕(图1 (b))。城市背景区域的特点是至少1公里四面八方的补丁的树木(8 - 10米高),小的二层建筑物和道路,附近没有工业释放。由于邻近的城市地区,该网站可分为城市背景区域。在离地面10米进行了测量。在这个网站可以找到更多细节(32]或[33]。

2.3。博洛尼亚工业区(意大利中部)

测量的粒子数浓度和通量是6月6日至2008年7月22日(夏季运动)和从20 2009年1月至3月10日(冬季运动)。附近测量网站,移动实验室在图的左边1 (c),有城市博洛尼亚的焚烧炉装置(44°31′11°N, 25′E)。这两个运动分析在这项工作。

2.4。南极洲远程站点

数据,相对于粒子数浓度和通量,收集/冰/雪表面在南极洲在南国的夏天框架在2006年的意大利国家研究项目在南极洲(PNRA)。测量进行了南森冰盖(NIS),维多利亚北部沿海地区的土地(南极洲)。NIS是罗斯海的永久冻结分支渗透到一个地区的大约35×70公里²,周围复杂的地形。因为它的偏远内陆位置,现场出现的理想抽样镇定的大气气溶胶特征(图1 (d))。执行的活动是整个时期从8到2006年12月31日;micrometeorological塔(12米高)是位于距离约50公里的大海(74°30′02.0′′年代,163°27′30.0′′E)。更多细节在网站上可以找到在19]。

2.5。意大利Maglie城市站点(东南部)

测量地点是位于东北的边界小镇Maglie阿普利亚地区的SE意大利(40°07′18°N, 17′E)。该网站可以被视为一个城市背景网站受到一个工业区。城镇扩展主要是部门的风向SE和SW和农村之间之间的部门NNO镇上和大肠方向该网站的特点是小建筑的存在(1 - 2层)和道路交通量相对较高(图1 (f))。5测量活动执行(2004年1月,2004年12月,2006年12月,2007年12月和2008年9月)测量共计101天。这些数据集分析在这项工作。可以找到更多的信息在34]。

3所示。仪器的设置

在所有实验网站,micrometeorological通量系统基于涡度相关(EC)技术用于测量垂直湍流动量通量,示踪剂,和精力。测量站是基于一个三维超声风速仪(R3吉尔仪器有限公司、莱英国),操作在100 Hz校准模式。安装一个反应迟缓的温湿计(Rotronic MP100A)是为了测量温度和相对湿度在运动。

红外光学传感器pdr - 1200(个人数据记录实时气溶胶监测热电子,米氏集团)是用来测量PM2.5浓度和通量场竞选期间在莱切(2005),威尼斯泻湖和Maglie报道在表1。pdr - 1200操作在1赫兹活跃抽样(4 L / min)配备一个气旋(2.5μ米截止4 L / min流量使用模型GK2.05) PM2.5选择(35]。验证,存在延迟大约2 s,质量浓度的变化与pdr - 1200的有效措施。这种延迟也验证了搜索的最大绝对值的垂直风速和浓度时间序列之间的协方差,考虑湍流通量的评价。大气气溶胶可以高吸湿性,它能吸收的水蒸气在高相对湿度变化的维度,密度,和光学性质;这个过程修改粒子的散射和吸收系数,然后修改使用的光学探测器的响应(36]。因此,测量浓度校正,使用过程中描述(33),考虑到相对湿度的作用。

在南极洲,博洛尼亚和莱切(2010)网站(表1),仪器设置包括凝结粒子计数器(CPC-Grimm气溶胶模型5.403)测量总粒子数浓度(PNC)的采样频率1赫兹。这个共产党的表现分析了(37]。中共的模拟输入输出与风速计通过数模转换的一个简单的双通道接口。更多的信息关于报告的使用仪器配置19,25]。进气系统的粒子损失计算根据制定的38]内的层流入口的最后一部分,根据(39大型异型管的湍流。结果表明,截止直径效率(50%),D50约9海里。因此,所使用的系统能够检测9和1000 nm之间的粒子(即。中国共产党的上限)。pdr - 1200、延迟之间的入口管浓度和速度波动是考虑评价的涡度相关。

4所示。方法和数据处理

所有数据集已经减少了流线参考系统(40)和三个旋转使用的线性趋势分离时为了消除有关天气变化的时间尺度(41)和一个30分钟的平均时间。湍流通量的计算之前,基本仪器和物理修正已应用于测量的时间序列。峰值以及运行与风的方向受到塔/障碍扭曲被丢弃。固定测试已经进行了数据系列,在消除趋势的过程(42),以个别化的非平稳情况。取消了非平稳的情况下从连续的数据分析和报告发生这些情况下的百分比表2。

快速测量允许我们使用涡度相关技术分离气溶胶的浓度和垂直风组件到平均值和湍流波动43]。是有用的正常化气溶胶通量使用气溶胶浓度获得沉积速度: 在哪里垂直风速的波动,气溶胶浓度的波动气溶胶平均浓度。涡度相关的应用程序的平均周期是30分钟的测量活动。在测量运动分析PM2.5通量,是一个PM2.5质量浓度;在情况下,粒子通量进行了分析,粒子数浓度。EC测量与风速度低于0.5米/秒(风平静)被移除,因为他们被认为是不可靠的计算通量由于低紊流混合。

活动中有潜热通量的测量气溶胶通量修正了空气密度的变化由于水蒸气通量(后44]。没有校正了由于热流密度的变化,因为热量波动在入口管(假定为消散45]。这些修正报告在表的数量2。

测量气溶胶通量也纠正的高频损失的有限的时间响应仪器使用。的一阶时间响应pdr - 1200用于PM2.5通量的测量是1.1秒,中共的用于测量粒子通量数量是1.3秒。高频率的修正损失进行了以下的方法46]。然而,在南极数据集,这种方法修正似乎给校正可能由于强烈的过高的稳定条件。因此,另一种方法是使用一个低通数字滤波器(一阶巴特沃斯)近似中国共产党应对浓度测量步(在实验室讨论19]。高频损耗的优点改正报告在表2。

5。结果

干沉积速度进行了分析选择向下为不同的数据集单独排放通量(向上通量常与本地资源)从沉积过程47,48]。一般来说,在湍流条件下,特别是在白天,干沉积由沉降速度控制,气动阻力、湍流扩散的粒子(布朗运动),和他们的压紧和拦截26]。在一般条款沉积速度往往parameterised摩擦速度的函数和大气稳定(12,13,15]。具体地说,它parameterised比率Vd /的函数。在图2摩擦速度,Vd的依赖为每个数据集指PM2.5质量通量是报道。结果在图2和3得到隔离间隔的数据吗。不同的时间间隔被选来优化数据点的数量在每一个区间,在每个时间间隔,Vd的平均和标准误差计算。在数据2和3单杠代表在摩擦速度和垂直间隔棒代表的平均标准误差在特定时间间隔的沉积速度。在图2,四个病例分离:所有的稳定性,只有病例> 0,只有病例< 0,只有在严格稳定的条件(> 0.1,表示测量的高度)。在图3相同的粒子数量通量分析报告。这些数据表明,即使有一些分散的数据,沉积速度随着摩擦速度对PM2.5和粒子通量,即使他们与不同的仪器和测量在不同的表面。这几乎是一个摩擦速度的增长= 1 m / s。其他研究也显示Vd的线性或接近线性关系粒子的堆积模式(15,22,43]。结果在图2 (b)表明在城市站点Vd的增加在低(低于0.2 - -0.3 m / s)是相当有限在稳定的情况下尤其如此。这可能是由于更大的城市障碍和影响不同的粗糙度与风向考虑到低通常与低风力风向速度有较大波动。我们的数据集不能描述明确对稳定性条件粒子通量的依赖,最终这种依赖可能间接的依赖,并表示大气分层,尽管有一些证据的增加粒子Vd与稳定或不稳定的条件和减少中性大气稳定。在报道13],一些研究已经能够量化的影响稳定和高度的统计确定。

在表3平均值(标准差),中等(第25和第75个四分位数)值报告沉积速度,流量、浓度、规范化沉积速度(Vd /考虑整个数据集,数据在每一个大气稳定性条件。在表4相同的变量选择的病例报道不稳定和quasineutral大气条件(表。< 0)5相同的变量选择的病例报道稳定和quasineutral大气条件(> 0)。最后,在桌子上6所有这些变量都是在严格稳定的大气条件(> 0.1)。结果显示最小Vd /比例的差异用不同仪器测量草、水、冰的土地,或建造和修补表面即使Vd的实际值是明显不同的。这可能是由于摩擦速度带来的大部分信息表面效果。此外,平均数和中位数之间的显著差异值,可能与Vd /的非均匀分布异常值和平均值的敏感性是观察。后处理的影响的详细响应仪器可以进一步分析和结果显示一定的散射在Vd /值,观察也在29日]。结果似乎表明,Vd的第一参数化,例如,用于污染运输和分散的造型,可以基于使用Vd /比与一个常数值或区分两个值:一个稳定条件和其他不稳定/中性的条件。考虑所有的数据集,Vd /平均价值等于(中位值)代表所有稳定性的情况下。这个值降低(中位值)考虑情况下。

6。结论

干沉积的粒子是atmosphere-surface交换的关键过程。的分析和参数化过程影响垂直运输和交换粒子是空气质量的相关研究课题色散模型和气候模型。有几个因素影响气溶胶的干沉积,主要是摩擦速度、粒子大小、边界层条件(湍流强度),大气稳定,收集表面的性质。在这项工作中,一个干沉积速度之间的相关性,分析了不同的表面,摩擦速度和稳定的函数讨论了PM2.5质量通量和粒子通量。结果表明,沉积速度的增加几乎呈线性增加,摩擦速度约1米/秒。这发生在类似的斜坡对PM2.5通量和粒子通量测量数量与不同的乐器在不同的表面。这意味着平均比率Vd /往往会崩溃对恒定值的绝对值即使通量和浓度是明显不同的。这可能是由于摩擦速度携带的大部分信息表面效果。只有有限的效果的稳定性观察略微减少固定的沉积速度在稳定的条件。考虑所有的数据集,Vd /平均价值等于(中位值)代表所有稳定性的情况下。这个值降低(中位值)考虑情况下> 0。这可能是一个相对简单的参数化用于传输和扩散模型模拟在不同的表面。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢荷兰国际集团(Ing)。f·m·格拉索(ISAC-CNR)和荷兰国际集团(Ing)。c . Elefante(实验大学)在执行测量他们的帮助。进一步,作者要感谢博士f . Belosi (ISAC-CNR)有用的讨论结果的解释。