研究揭示大氣無汙染條件下氣溶膠生成新機制

2020-12-04 中國氣象局

　　5月25日，瑞士保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）和美國卡內基梅隆大學領銜的科學家在《自然》雜誌上發表文章稱，在無汙染的大氣條件下，無需別的物質介入，僅有機蒸汽本身就可以驅動氣溶膠成核過程。

　　為了建立精確完整的氣候預測模式，科學家需要將雲層和氣溶膠數據整合進模式中。但要弄清楚大氣中氣溶膠顆粒如何形成，又是如何影響雲層和氣候的，仍然面臨重重困難。

　　相關研究表明，當今大氣中大約一半左右的雲凝結核均來自大氣成核作用，在正午時生成大量氣溶膠顆粒。大氣觀測研究結果發現，當這些顆粒的直徑在1-10納米時，其體積增長速度加快。在1~10納米的臨界大小範圍內，新生成的顆粒很可能與固有顆粒凝結，從而無法形成新的直徑一般為50-100納米左右的雲凝結核。

　　在成核過程中通常可檢測到硫酸蒸汽，但其含量很少，無法解釋隨後的氣溶膠顆粒生長過程。而有機蒸汽就成為看似最為合理的解釋，至少在邊界大氣層中是如此。儘管最近有研究預測，低揮發性的有機蒸汽在氣溶膠顆粒初始生長階段起到一定作用，但還缺乏直接證據。氣溶膠顆粒的加速生長可能是由於午後可凝結有機物光解效應增強和開爾文效應（Kelvin effect）的作用，開爾文效應可抑制有機蒸汽凝結成微顆粒，但這還有待進一步研究。

　　該研究通過在室內模擬大氣條件，追蹤氣溶膠顆粒和植入雲層的形成發展過程，分別分析了在沒有無機酸或無機鹼參與的條件下，有機蒸汽在有機成核顆粒的初始生長階段所起的作用。研究結果表明，無需別的物質介入、僅有機蒸汽本身就可以驅動成核過程。最新研究表明，在沒有硫酸的條件下，樹木釋放的分子可直接氧化生成氣溶膠新顆粒。由於硫酸主要來自化石燃料的燃燒，因此該研究揭示了在無汙染的條件下大氣氣溶膠顆粒生成的一種機制。這對於建立精確模式以理解、預測全球氣候變化意義重大。

　　由於雲層和大氣氣溶膠懸浮顆粒可反射陽光，因此是預測天氣氣候的基礎。將陽光反射回太空可產生致冷效應，從而在一定程度上掩蓋溫室效應。一般認為大氣氣溶膠致冷效應可掩蓋三分之一左右的溫室效應，但也有可能高達二分之一或低至零。

　　當今地球溫度已較工業化前時期高出0.8℃，並且大氣氣溶膠顆粒的致冷作用還在一定程度上掩蓋了溫室效應。隨著人類逐步加大減排努力，汙染物排放量減少，大氣氣溶膠顆粒含量隨之減少，致冷效應衰退，屆時被掩蓋的溫室效應就將凸顯出來。

　　（編譯：吳鵬）

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