Abstract The study of biomass burning particle density provides information on aging, new particle formation, transport properties, and is an important parameter in aerosol impacts modeling. Density is used in mass closure techniques to estimate the temporal resolution of particulate mass concentrations. However, the study of BB particle density as a function of burning conditions is still limited. Laboratory measurement of six sub-Saharan African biomass fuels burned under a range of conditions, from pure smoldering to pure flaming conditions, is presented. Smoldering-dominated burning (modified combustion efficiency (MCE) < 0.9) particles has a very narrow range of effective density () 1.03 g cm−3 to 1.21 g cm−3 and a mass mobility exponent () of ∼3 (2.97 ± 0.05), indicating that they are spherical particles. For the flaming-dominated burning (MCE >0.95) particles, show a size dependent for all six different fuels. In this case, the mean and standard deviation of the decreased with increasing size, from (0.94 ± 0.21) g cm−3 at a mobility diameter of 80 nm to (0.31 ± 0.07) g cm−3 at a mobility diameter of 400 nm. The size-dependent of flaming-dominated aerosol suggests the fractal nature of freshly emitted particles. The relationship between and the MCE shows three distinct morphology regimes, which we define as the spherical particle, the transition, and the fractal regime. Our proposed relationship of with the MCE can be used as a tool to assess the applicability of Mie theory for optical closure calculations in the absence of particle morphological information.

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燃烧条件对生物质燃烧气溶胶物理和形态特性的影响

摘要 生物质燃烧颗粒密度的研究提供了有关老化、新颗粒形成、传输特性的信息，并且是气溶胶影响建模中的一个重要参数。密度在质量闭合技术中用于估计颗粒质量浓度的时间分辨率。然而，作为燃烧条件函数的 BB 颗粒密度的研究仍然有限。介绍了在一系列条件下燃烧的六种撒哈拉以南非洲生物质燃料的实验室测量，从纯阴燃到纯燃烧条件。以阴燃为主的燃烧（修正燃烧效率 (MCE) < 0.9）颗粒的有效密度范围非常窄 () 1.03 g cm−3 至 1.21 g cm−3 和质量迁移指数 () ∼3 (2.97 ± 0.05 )，表明它们是球形颗粒。对于以火焰为主的燃烧 (MCE > 0.95) 颗粒，显示与所有六种不同燃料相关的尺寸。在这种情况下，均值和标准偏差随着尺寸的增加而减小，从迁移直径为 80 nm 的 (0.94 ± 0.21) g cm−3 到迁移直径为 400 nm 的 (0.31 ± 0.07) g cm−3 . 以火焰为主的气溶胶的大小依赖性表明新释放粒子的分形性质。和 MCE 之间的关系显示了三种不同的形态状态，我们将其定义为球形粒子、过渡和分形状态。我们提出的 与 MCE 的关系可用作评估 Mie 理论在没有粒子形态信息的情况下用于光学闭合计算的适用性的工具。在这种情况下，均值和标准偏差随着尺寸的增加而减小，从迁移直径为 80 nm 的 (0.94 ± 0.21) g cm−3 到迁移直径为 400 nm 的 (0.31 ± 0.07) g cm−3 . 以火焰为主的气溶胶的大小依赖性表明新释放粒子的分形性质。和 MCE 之间的关系显示了三种不同的形态状态，我们将其定义为球形粒子、过渡和分形状态。我们提出的 与 MCE 的关系可用作评估 Mie 理论在没有粒子形态信息的情况下用于光学闭合计算的适用性的工具。在这种情况下，从迁移直径为 80 nm 的 (0.94 ± 0.21) g cm−3 到迁移直径为 400 nm 的 (0.31 ± 0.07) g cm−3，均值和标准偏差随着尺寸的增加而减小. 以火焰为主的气溶胶的大小依赖性表明新释放粒子的分形性质。和 MCE 之间的关系显示了三种不同的形态状态，我们将其定义为球形粒子、过渡和分形状态。我们提出的 与 MCE 的关系可用作评估 Mie 理论在没有粒子形态信息的情况下用于光学闭合计算的适用性的工具。以火焰为主的气溶胶的大小依赖性表明新释放粒子的分形性质。和 MCE 之间的关系显示了三种不同的形态状态，我们将其定义为球形粒子、过渡和分形状态。我们提出的 与 MCE 的关系可用作评估 Mie 理论在没有粒子形态信息的情况下用于光学闭合计算的适用性的工具。以火焰为主的气溶胶的大小依赖性表明新释放粒子的分形性质。和 MCE 之间的关系显示了三种不同的形态状态，我们将其定义为球形粒子、过渡和分形状态。我们提出的 与 MCE 的关系可用作评估 Mie 理论在没有粒子形态信息的情况下用于光学闭合计算的适用性的工具。