粒子在对流层中的停留时间

粒子最终通过两种机制从大气中清除:在地球表面的沉积，即所谓的干沉积，以及被液滴清除，即所谓的干沉积湿沉积(宋飞与潘迪丝，1998)。因为干湿沉积导致在对流层停留的时间相对较短，而且由于粒子来源的地理分布高度不均匀，地球上空对流层气溶胶的浓度和组成差异很大。大气中微量气体的寿命从不到一秒到一个世纪或更长，而粒子在对流层中的停留时间仅从几天到几周不等。

颗粒到表面的干沉积通量Fd假定与参考高度C处的颗粒浓度成正比，即Fd = vdC，其中比例常数vd沉积速度，取决于大气的气象状态和颗粒的大小。将粒子输送到地球表面有三个过程:引力沉降、湍流输送和布朗扩散。尽管几乎所有大气流动是汹涌，是很薄层流底层直接存在于表面附近。湍流将粒子带到层流子层，布朗扩散和沉降控制着传输。小颗粒具有相对较大的布朗扩散率，因此可以有效地通过子层，而大颗粒主要通过惯性或沉降来转移。介于两者之间，直径在0.1到l pm之间，沉积速度比那些在小或大极端的人要慢一个数量级，因为在这个中等尺寸范围内，没有一种机制是相对有效的。

湿沉积包括用液滴清除颗粒和随后通过沉淀去除颗粒。清除对于湿沉积的发生是必要的，但不是充分的，因为云或雨滴可以蒸发，如果发生这种情况，清除的颗粒会返回到气团中。与干沉积相反，干沉积只在地球表面起作用，湿沉积可以从整个气团中去除颗粒。下落液滴收集颗粒的速率与液滴的数量、沉降速度、截面积和收集效率成正比。粒子被下落的水滴收集的效率取决于粒子在水滴附近运动的力学。与干式沉积一样，在O.l到l pm的尺寸范围内，总收集效率最低——小颗粒扩散到液滴表面，大颗粒与它碰撞，而在这两者之间，两种过程都不太有效。

被激活并成长为雾或云滴的粒子被称为云凝结核(CCN)。在颗粒中水溶性物质的质量给定时，存在环境水过饱和的临界值，超过这个临界值，颗粒就会经历不稳定的自发水吸积过程，从而形成云滴(Seinfeld和Pandis, 1998)。活化的临界水过饱和是由液滴上的水蒸汽压的曲率增加和溶质浓度降低共同作用的结果。因此，可以充当CCN的颗粒数量取决于水的过饱和程度。对海洋层状云例如，过饱和在0.1 ~ 0.5%范围内，对应最小CCN颗粒直径在0.05到0.14之间。CCN浓度从偏远海洋地区的每立方厘米不到100个到受污染城市地区的每立方厘米几千个不等。一旦被激活，雾和云滴的直径就会超过10 pm。未被激活形成液滴的颗粒可能仍然是空气中的气溶胶或被下落的液滴去除。

气溶胶在大气中的寿命主要取决于颗粒的大小和颗粒所在的大气高度。停留时间r可以看作是一个指数半衰期，一个给定大小的粒子群衰减到其初始浓度的1/e所需的时间。

大气粒子停留时间作为粒子大小和海拔高度的函数的经验表达式是(Jaenicke, 1988)。

其中K = 1.28 x 108 s(常数)，Z)max = 0.6 pm(最大停留时间的颗粒直径)，rwet是通过湿法沉积去除颗粒的寿命。式(5)右边的第一项表示地球表面的干移;湿度主要取决于大气中的高度。根据降水清除发生的频率，大致可以区分出三个海拔区域:

高度< 1.5 km(对流层下部)Twet % 6.9 × 105 s(8天)对流层中到对流层顶rwet % 1.8 × 106 s(3周)

对流层顶及以上Twet % 1.7 x 107 s(200天)

图1显示了大气粒子停留时间r作为粒子半径Dp/2的函数。颗粒半径大大小于或大于0.3 pm时，干法去除占优势;在0.3 PM左右的区域，湿法清除是最有效的清除机制。

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