科學家提出新粒子生成物理機制新解釋—新聞—科學網

2020-12-03 科學網

 


湍流發展對新粒子形成過程的影響示意圖

近日，《國家科學評論》刊發北京師範大學雲－氣溶膠研究團隊及其合作者有關新粒子形成和增長的最新研究發現，他們在傳統化學機制的基礎上提出了一種新的物理成核機制，兩者一起可以更完善地解釋不同大氣環境下新粒子生成和增長特性，並在全球3個典型地區得到了驗證。

「這個新粒子生成的新發現和提出的新機理對了解和預報霧霾形成發展有重要意義。」文章通訊作者李佔清告訴《中國科學報》記者。

人類活動產生的大氣顆粒物汙染多來源於由氣體轉化生成的二次性氣溶膠，因此新粒子生成對於區域大氣汙染和全球環境演化具有重要的影響。一般認為新粒子生成僅受制於氣體前體物化學成分，其增長過程研究主要注重於光化學反應，但這些不能完全解釋實際發生的新粒子生成和增長的具體特性，也給重汙染事件預報帶來很大不確定性。

通過分析在中國、美國和芬蘭發生的大量新粒子生成事件及其伴隨的近地面湍流和氣溶膠各種特徵參數觀測，發現這些地區大氣前體物成分和含量有很大不同，但它們有一個共同點：新粒子生成前都伴隨不穩定大氣下很強的湍流發展趨勢。

基於傳統化學成核機理和超細粒子在實際大氣中的分布特徵，從成核分子在大氣湍流控制下的流場分布變化規律，通過外場觀測和分子動力學模擬，該研究發現大氣湍流發展對於新粒子生成和發展有重要影響，並提出如下新的物理影響機理：

其一，粒子形成：湍流可以有效的提高可凝結分子生成團簇的效率，增加局部過飽和度、加速團簇成核的過程，從而增強源的貢獻，促進成核過程；

其二， 粒子增長：新生成的小粒子容易被已有的大粒子通過碰並、吸附等過程而清除掉，而湍流的充分混合有效稀釋大粒子濃度，降低了匯的作用從而促使新生成粒子的快速增長。

合作方浙江大學熱能所團隊利用相關分子動力學模式對該物理理論機制進行模擬試驗，得到了跟觀測一致的結果，驗證了上述機理。

該研究得到了國家重點研發專項 「超大城市邊界層氣溶膠垂直結構觀測及試驗研究」和國家自然科學基金大氣灰霾研究專項等支持。

相關論文信息：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa157/5867800

 

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