大氣氣溶膠顆粒可以吸收環境中的水汽形成雲滴，改變雲層對太陽輻射的反射率以及雲層在大氣中的停留時間，繼而影響大氣能量輻射平衡和氣候變化。由於氣溶膠顆粒組分多樣性，時空分布多變性，以及氣溶膠顆粒-雲-輻射存在複雜的非線性關係，氣溶膠與雲之間的相互作用一直是評估氣候系統輻射強迫作用的最不確定因子。如何減少這種不確定性以及評估氣溶膠顆粒對雲滴形成的影響依然是預測氣候變化的難點和挑戰。
中國科學院廣州地球化學研究所王新明學科組研究員畢新慧和博士林欽浩在國際上率先使用地用逆流虛擬撞擊器—單顆粒氣溶膠質譜儀（GCVI-SPAMS）聯用技術實現了在地面對單個活性霧滴的在線觀測，首次發現黑碳可以作為活性霧滴的重要凝結核，成果在 J. Geophys. Res (2016) 上發表。之後，該團隊將同樣的技術應用於海拔1690米的高山上，對山帽雲單個活性雲滴顆粒進行了在線觀測。研究分析了三個雲事件23611個雲滴殘餘物顆粒：發現老化的黑碳顆粒(Aged EC)在雲滴殘餘物中佔比最大，約50%；其次是生物質燃燒顆粒(K-rich)，約34%；其它顆粒類型包括 Dust，Amine，Fe，Pb，OC 以及 Na-rich 等所佔的比例較小，在0.5-4.1%之間。而且雲滴殘餘物當中不同類型顆粒的佔比受氣團來源影響非常大。當氣團來自中國北方時，老化黑碳顆粒的佔比高達60%。當氣團來自西南方向的東南亞地區時，老化黑碳顆粒的佔比降低，生物質燃燒顆粒的貢獻大幅增加，達到50%以上；有機胺顆粒的比例也顯著上升（圖1）。充分證實即使在沒有任何人為活動的高山上，黑碳顆粒仍是活性雲滴的重要凝結核。
研究還發現：雲滴殘餘物中硫酸鹽與 K-rich (91%), OC (100%), Aged EC (98%), Fe (93%)和Amine (99%) 顆粒的混合程度較高，而硝酸鹽與 Pb (95%), Fe (92%), Na-rich (89%) 和 Dust (88%) 的混合程度較高(圖2)。雲滴殘餘物中硝酸鹽的強度明顯高于晴天環境顆粒，但弱於間隙顆粒；而硫酸鹽的強度明顯弱于晴天環境顆粒。該研究的觀測結果為深入研究氣溶膠顆粒的雲活性及模型預測其間接氣候效應提供了重要信息。該研究受到國家重點研發計劃重點專項、國家自然科學基金以及廣東省領軍人才項目的資助。相關論文發表在 Atmospheric Chemistry and Physics 雜誌。
圖1. 雲滴殘餘物中不同類型顆粒的佔比
圖2. 雲滴殘餘物顆粒類型與不同二次離子的混合狀態
來源：中國科學院廣州地球化學研究所