Environmental Chemistry of Aerosols pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Colbeck, Professor Ian 编

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2008-4

价格:£ 80.00

装帧:

isbn号码:9781405139199

丛书系列:

图书标签:

• Aerosol Chemistry
• Environmental Chemistry
• Atmospheric Chemistry
• Air Pollution
• Particulate Matter
• Environmental Science
• Chemical Kinetics
• Analytical Chemistry
• Climate Change
• Trace Elements

大气化学前沿：气溶胶的形成、转化与环境效应 导论：全球变化背景下的气溶胶科学 本书深入探讨了当代大气科学中最具挑战性与前沿性的领域之一——气溶胶的复杂化学过程。气溶胶，作为悬浮于大气中的固体颗粒物和液滴的集合体，在全球气候系统、区域空气质量乃至生态健康中扮演着至关重要的角色。它们不仅直接影响地表接收到的太阳辐射（辐射强迫），还通过影响云的形成和生命周期，间接调制了气候的走向。同时，气溶胶源于自然过程与人类活动，其化学组成的多样性决定了其在环境介质中的行为轨迹。 本书旨在提供一个全面、深入且系统化的知识框架，涵盖气溶胶的物理化学性质、来源解析、复杂的室内外转化机制，以及它们对气候变化和环境健康产生的多尺度效应。我们聚焦于过程导向的研究，强调从分子层面到区域尺度的物质循环与能量传递。 --- 第一部分：气溶胶的物理化学基础与表征技术 本部分奠定了理解气溶胶化学的基础，详细阐述了气溶胶颗粒的物理特性及其定性定量分析方法。 第一章：气溶胶的形态学、粒径分布与表面化学 气溶胶的物理性质是决定其大气寿命和环境效应的关键因素。本章详细分析了不同粒径区间（如<0.1 $mu$m的凝核态、0.1-1.0 $mu$m的累积态、>1.0 $mu$m的粗颗粒态）对大气输送的影响。重点讨论了颗粒物的形貌学（Shape Factor）对光散射和沉积效率的调制。 深入探讨了表面活性的重要性。由于气溶胶颗粒具有极高的比表面积，其表面的官能团（如羧基、羟基、硝酸根等）直接决定了它们作为异相反应位点的潜力。我们引入了吸附理论，特别是Langmuir和BET模型在分析低浓度挥发性有机化合物（VOCs）在颗粒物表面的吸附-脱附平衡中的应用。 第二章：先进的气溶胶监测与表征技术 现代气溶胶化学研究依赖于精密的监测手段。本章系统介绍了当前最前沿的在线监测技术。 首先，对光学仪器进行了详尽的讨论，包括Aethalometer（黑碳测量）、Nephelometer（气溶胶散射系数）以及利用Scattering-Absorption Correlation for Determining Aerosol-Cloud Interactions (SACADA) 等方法对气溶胶光学性质的实时反演。 其次，聚焦于化学组分分析。详细阐述了基于颗粒物热解和质谱分析的仪器，如Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer (AMS) 及其高分辨率版本（HR-ToF-AMS）。该技术如何实现对有机气溶胶（OA）、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的实时、无偏好性（mass-independent）的定量分析，是当前有机气溶胶研究的核心工具。此外，也涵盖了对痕量金属和生物标志物的采样与分析方法（如ICP-MS）。 --- 第二部分：气溶胶的形成机制与化学转化路径 本部分是全书的核心，聚焦于气溶胶在复杂大气环境下的动态演化过程。 第三章：新粒子生成（Nucleation）的驱动力与机制 气溶胶的初始形成是大气化学循环的第一步。本章区分了初级气溶胶（直接排放）和次级气溶胶（大气化学转化生成）。 重点解析了气体-颗粒物相变的理论基础，包括饱和蒸汽压、Kelvin效应和Raoult定律在凝结过程中的应用。详细探讨了当前主要的成核机制： 1. 纯凝结成核 (Condensation Nucleation)：基于酸性气体（如硫酸、硝酸）的自发聚合同。 2. 簇合物成核 (Cluster Nucleation)：特别强调二级胺和含氧有机分子（HOMs）在低挥发性、高极性分子簇形成中的关键作用，这是理解现代城市和森林排放区域PM$_{2.5}$增长的主流观点。 3. 离子中和机制 (Ion-Mediated Nucleation, IMN)：探讨大气电荷（如宇宙射线或雷电产生的离子）如何降低成核能垒，尤其在对流层上部和极地大气中的重要性。 第四章：气溶胶的化学反应动力学与机制 气溶胶颗粒并非惰性的载体，而是活跃的反应平台。本章深入研究了发生在颗粒物表面的异相反应和液相反应。 异相氧化反应：分析了臭氧（O$_{3}$）和羟基自由基（$cdot$OH）对颗粒物表面有机物（如多环芳烃、脂肪酸）的氧化反应速率常数和产物分布。引入了表面催化效应，例如过渡金属离子（如Fe$^{3+}$, Mn$^{2+}$）对氧化还原循环的促进作用。 液相反应（湿化学）：重点讨论了颗粒物内部水膜中发生的反应。例如，$ ext{SO}_2$ 在液态硫酸盐液滴中的溶解和氧化生成硫酸盐（酸雨形成的前体过程）。探讨了光化学过程在气溶胶液相中的作用，如硝基取代和自由基的产生。 第五章：有机气溶胶（OA）的复杂性：生成、老化与挥发性 有机气溶胶是PM$_{2.5}$中占比最大的组分之一，其复杂性源于数千种源自生物质燃烧、交通排放和VOCs氧化的物种。 本章引入了有机气溶胶的“老化”概念：即初级排放的有机物在光照、氧化剂作用下，其氧化程度（O/C比）和平均分子量如何逐步增加的过程。详细解析了氧化性有机气溶胶（OOA）的生成机制，这通常通过胺氧化、HOMs的低扩散和高氧化性所驱动。 此外，重点研究了热力学平衡对OA浓度的控制。讨论了低挥发性有机化合物（LVOCs）通过“蒸发-凝聚循环”（$ ext{VOC} ightarrow ext{Oxidation} ightarrow ext{LVOC} ightarrow ext{OA}$）对颗粒物质量的贡献，以及如何通过传质速率限制了其去除。 --- 第三部分：气溶胶的环境效应与区域输送 本部分将研究成果应用到对全球气候和区域空气质量的具体影响评估中。 第六章：气溶胶对辐射平衡与气候的调控 气溶胶对气候的影响主要通过直接效应和间接效应实现。 直接效应：系统分析了气溶胶辐射强迫（ARF）的计算方法。区分了散射型气溶胶（如硫酸盐）对入射太阳光的反射作用，以及吸收型气溶胶（如黑碳，BC）对热量的吸收作用。深入分析了BC的吸收效率（挂载效应），即当BC包裹在非吸收性基质中时，其吸收能力的增强程度。 间接效应：这是气候效应中不确定性最大的部分。详细阐述了云凝结核（CCN）和冰核（IN）的形成过程。探讨了不同化学组成的颗粒物（特别是有机物和矿物尘埃）对云滴谱的谱形影响，进而改变云的反照率和降水效率，最终影响地球辐射预算。 第七章：大气沉降与生态化学通量 气溶胶通过干沉降和湿沉降将大气中的物质转移到地表生态系统。 干沉降：分析了颗粒物的惯性碰撞、扩散和重力沉降机制如何随粒径和地表粗糙度变化。重点讨论了矿物粉尘（Mineral Dust）的区域和跨大陆输送，以及其作为铁、磷等营养物质的载体，对海洋和森林生态系统的生物地球化学循环的贡献与潜在影响。 湿沉降：研究了云和降水对气溶胶的洗涤效率。分析了洗涤过程（Washout）的参数化模型，以及如何通过降雨速率和颗粒物溶解度来预测地表沉积速率。 第八章：区域输送模型与源解析 为了进行有效的空气质量管理，必须准确识别和量化污染源。本章侧重于化学传输模型的应用。 介绍了正向模型（Forward Modeling）如何基于排放清单和化学机制来预测气溶胶的浓度和分布。更重要的是，深入探讨了反向模型（Receptor Modeling），特别是正向矩阵分解（PMF）方法。该方法如何利用高时间分辨率的AMS数据，从复杂的化学混合物中分离出关键的源特征（如交通源OA、生物质燃烧OA、二次无机气溶胶等），为制定精准的减排策略提供科学依据。 --- 总结与展望 本书最后总结了当前气溶胶科学面临的关键挑战，包括：对低挥发性有机物（HOMs）生成机制的精细化刻画、复杂混合物（如黑碳、矿物尘与有机物）的多相相互作用的量化，以及如何将高精度的微观过程参数化，纳入到更大尺度的气候模型中，以减少气候预测的不确定性。本书为相关领域的研究人员、环境工程师和政策制定者提供了深入理解气溶胶化学演变及其环境影响的权威参考。

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