雲中過程在重塑活化顆粒化學和微觀物理性質方面的作用

2020-12-03 中科院之聲

氣溶膠與雲之間的相關作用是評估全球氣候輻射強迫過程中主要不確定因素之一。了解雲中過程中如何影響顆粒物的理化性質，對於深入認識氣溶膠大氣化學過程及其效應具有重要意義。儘管已有研究報導雲中過程對氣溶膠整體性質（如質量、化學組分）的影響，但對於單個氣溶膠粒子微觀物理特性（如形狀、混合結構）的影響尚不明確。考慮到雲中過程對二次氣溶膠（特別是硫酸鹽和有機物）的重要貢獻，該過程可能對氣溶膠理化特徵產生重要影響。

中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士研究生傅玉珍在廣東南嶺國家大氣背景站開展研究，採集雲滴殘留顆粒（乾燥後的雲滴）和間隙顆粒（雲中未活化為雲滴的顆粒），利用透射電子顯微鏡分析其中有機物的混合結構和黑碳顆粒的形貌，揭示了雲中過程在重塑活化顆粒化學和微物理性質方面的重要作用。

結果發現，雲滴殘留顆粒中有機物顆粒的混合結構及化學組分特徵與間隙顆粒存在顯著差異（圖1）：雲滴殘留顆粒中核-殼結構有機物顆粒的佔比高於間隙顆粒中（27%vs12%），且雲滴殘留顆粒中有機物殼的O/C也高於間隙顆粒。這表明雲中過程會促進氧化度高的有機物生成並易形成核-殼結構的顆粒物，且高氧化性有機物包裹層可能顯著提高了這類顆粒物的吸溼性（1.4倍）。該研究可為進一步模擬雲中過程二次有機氣溶膠形成及效應提供參考。觀測結果表明，雲滴殘留顆粒和間隙顆粒中黑碳主要（約80%）分布在邊緣位置，且間隙顆粒中的黑碳更緊湊（圖2）。這與現有認識及當前在氣候模型中假設的核-殼模型（及黑碳位於顆粒的中心）有較大不同。進一步測算結果表明，這種結構的黑碳顆粒相對於核-殼模型的吸收截面減少20~30%。

近日，相關研究成果發表在Atmospheric Chemistry and Physics上，研究工作得到國家自然科學基金和廣東省傑出青年科學基金等的資助。主要合作者包括廣州地化所有機地球化學國家重點實驗室研究員王新明、中科院礦物學與成礦學重點實驗室研究員朱建喜等。

圖1.雲滴殘留顆粒（RES）和間隙顆粒（INT）中有機物顆粒的混合結構及其佔比

圖2.雲滴殘留顆粒（RES）和間隙顆粒（INT）中黑碳的分形維數

來源：中國科學院廣州地球化學研究所

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