[发明专利]一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量方法及其系统

说明书

本发明公开了一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量方法及其系统。本发明联立使用电迁移性颗粒物粒径分析仪DMA、黑碳仪AE和气溶胶粒子计数器CPC，能够连续地测量20～680nm范围内的气溶胶的黑碳质量谱分布；本发明提出了对黑碳的质量谱分布进行多电荷订正的算法，并涉及到用最小二乘法来得到数值解，也涉及到气溶胶数谱的多电荷订正；多电荷订正能够极大地改变气溶胶黑碳质量谱分布的形状和大小，得到更加合理的结果；本发明能够提供一个更加科学的视角来查看黑碳的老化过程，同时也能够帮助人们理解黑碳气溶胶在全球气候和辐射模型中所扮演的角色。

技术领域

本发明属于气溶胶探测领域，具体涉及一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量方法及其系统。

背景技术

黑碳气溶胶主要是通过不完全燃烧产生，它是环境中吸收能力最强的气溶胶成分。当黑碳气溶胶被排放到环境中以后，它能够从最初的链状，渐渐转化为球形，同时伴随着密度的增大和一定的吸收增强效应。最近的研究表明，黑碳气溶胶黑能够有效地抑制大气边界层内的湍流发展。黑碳气溶胶同时也可以和云相互作用，对气候冰雪都有着重要的影响。研究者还发现黑碳气溶胶的排放还有可能与中国和印度地区的洪水和干旱有一定的联系。当人体吸收黑碳气溶胶时，它还能够对人的身体健康产生巨大的威胁。

过去，有很多的研究利用测量的黑碳的总质量m_BC来评估黑碳气溶胶的辐射强迫。同时，黑碳在地面的分布情况也有了很好的研究，它在垂直方向的分布也有了一定的测量和评估。尽管如此，如果有更多的黑碳气溶胶物理性质的测量，就能够更好地帮助我们对于黑碳气溶胶气候和能见度对人体健康的影响。黑碳气溶胶的微物理特征包括黑碳的形态，密度，负折射指数，混合状态和谱分布。对于黑碳谱分布的认识能够帮助我们研究黑碳气溶胶的混合状态，它在区域和全球气候中扮演的角色。同时，也有研究表明黑碳的健康效应和黑碳谱分布有着重要的联系。

到目前为止，有很多的方法来测量黑碳气溶胶的质量谱分布(BCPMSD)。在最开始，气溶胶首先利用气溶胶分级采样化学分析仪MOUDI，石英膜分粒径分级收集，然后分析黑碳气溶胶的各级浓度从而得到BCPMSD。于2014年，有人发明了一种利用两个黑碳仪AE并联的方式来测量BCPMSD。在他的方法中，一个AE来测量总的黑碳气溶胶的质量，另外一个AE来测量利用切割头筛选过的小于某个粒径的气溶胶的质量。最近，单颗粒粒子光学分析仪SP2被广泛地应用于测量黑碳气溶胶的谱分布，因为他能够直接测量单个气溶胶的核的厚度和壳的厚度，以及单个气溶胶的混合状态。然而，利用过滤膜的方法来测量黑碳气溶胶的谱分布不能有效地提供高时间分辨率和高的分粒径信息。利用SP2的激光方法测量黑碳气溶胶BC谱分布难以维护，同时该方法不能有效测量小于70nm的气溶胶。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量系统。

本发明的一个目的在于提出一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量系统。

本发明的环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量系统包括：电迁移性颗粒物粒径分析仪DMA、黑碳仪AE、气溶胶粒子计数器CPC和计算机；其中，电迁移性颗粒物粒径分析仪分别连接至黑碳仪和气溶胶粒子计数器，黑碳仪和气溶胶粒子计数器分别连接至计算机；环境气体进入电迁移性颗粒物粒径分析仪，分时扫描环境气体中的气溶胶的粒径；气溶胶按照扫描的粒径分时依次从电迁移性颗粒物粒径分析仪，按照设定的比例，分为两路，一路进入黑碳仪，测量各个粒径下的进入黑碳仪的气溶胶中的黑碳气溶胶的质量，再按比例推算出从电迁移性颗粒物粒径分析仪出来的黑碳气溶胶的总质量；另一路进入气溶胶粒子计数器，测量各个粒径下的进入气溶胶粒子计数器的气溶胶个数，再按比例算出电迁移性颗粒物粒径分析仪的气溶胶的总个数，计算机经过订正并计算，得到黑碳气溶胶的质量和气溶胶个数按照粒径的分布。

本发明的另一个目的在于提供一种环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量方法。

本发明的环境气溶胶分粒径黑碳质量分布的测量方法，包括以下步骤：