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环境学院发文揭示凝并去除效应在大气强新粒子生成事件中的主导地位

清华大学环境学院2017年11月24日电 近日,清华大学环境学院大气污染与控制教研所蒋靖坤教授研究组在欧洲地球科学学会期刊《大气化学与物理》(Atmospheric Chemistry and Physics)在线发表了题为《量化新粒子生成速率的新公式:重估凝并去除效应》(A new balance formula to estimate new particle formation rate: reevaluating the effect of coagulation scavenging)和《气溶胶表面积浓度:北京新粒子生成事件的主控因子》(Aerosol surface area concentration: a governing factor in new particle formation in Beijing)的研究论文,首次提出了适用于强新粒子生成事件中量化颗粒物生成速率的公式,并报道了颗粒物间的凝并去除效应在北京地区大气新粒子生成事件中的主导地位。

在大气中,气态分子通过成核过程会生成高数量的二次颗粒物,而后通过冷凝过程生长至亚微米尺度,参与大气物理化学反应,并作为云凝结核影响全球气候。颗粒物生成速率是表征上述新粒子生成事件的重要参数之一。环境学院博士生蔡润龙和蒋靖坤教授通过理论推导,提出了适用于高颗粒物浓度下高新粒子生成速率的量化公式。与已有欧美方法相比,新公式改进了对新粒子凝并损失的估算。分析大气观测结果表明,在以北京地区为代表的我国典型城市大气环境的强新粒子生成事件中,新公式估算的新粒子的凝并去除速率占生成速率的50%至90%。应用欧美方法会因低估凝并去除效应而低估颗粒物生成速率。在大气颗粒物表面积浓度较高时,新粒子生成事件因受到凝并去除效应的抑制而难以发生。

研究组进一步同南京信息工程大学环境学院郑军教授研究组合作,在北京联合开展大气外场观测,研究结果表明大气颗粒物表面积浓度可以有效预测北京地区的新粒子生成事件,说明凝并去除效应是北京地区新粒子生成事件的主控因子,这同欧美相关大气站点的发现有显著不同。上述研究成果强调了凝并去除效应在强新粒子生成事件中的主导地位,将有益于进一步认知我国典型城市大气环境中二次新粒子生成现象的特征和机理。

用于推导新粒子生成速率公式的离散模式气溶胶通用动力学方程示意

不同地区典型大气环境中新粒子生成现象的主控因子

第一篇论文的第一作者和通讯作者分别为蔡润龙和蒋靖坤。第二篇论文由蔡润龙和南京信息工程大学环境学院博士生杨栋森担任共同第一作者,蒋靖坤和郑军担任共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和科技部的经费支持。

论文链接:
https://www.atmos-chem-phys.net/17/12659/2017/
https://www.atmos-chem-phys.net/17/12327/2017/

供稿:大气所