研究揭示区域灰霾上层新粒子生成机制

11月份出版的国际大气科学顶级刊物《大气化学和物理》期刊刊登了由山东大学环境研究院李卫军和王文兴院士等、日本熊本县立大学张代洲教授和中国矿业大学（北京）邵龙义教授合作报道了有关污染区域上空新粒子生成期间单颗粒的特征。该研究在国家973课题和国家自然基金委等项目的资助下在微观角度上探讨了高层大气中新粒子生成过程及机理。我国华北地区属于工业和城市主导的污染区域，二次转化的颗粒成为这一区域主要细颗粒成分。由酸性气体向新粒子转化过程需要经过成核和增长两个重要过程，这些细颗粒不仅会对区域气候有直接影响，其颗粒增长成为云凝结核还可以影响到降雨云的形成。因此，目前迫切需要对高空大气中气溶胶进行了解。由于我国华北区域密集的城市群和工业排放过程中释放出大量的一次细颗粒。在区域灰霾层中当这些颗粒浓度达到一定程度直接抑制了地面新颗粒生成，然而高空中新粒子转化依然非常活跃。一次细颗粒通过物理混合在一定程度上对高空中新颗粒的增长有加速作用，这为颗粒物成为云凝结核提供了有利条件。大量的一次和二次细颗粒混合形成了灰霾上层的气溶胶颗粒，它们不仅可以增加云凝结核数量，而且随着上层空气运动易进入自由对流层可长距离输送，影响到下游区域。因此，这些信息在为区域灰霾的形成又提供了一个直接且重要的证据。研究人员也注意到大量的黑碳颗粒（吸收性气溶胶对气候增温）和二次硫酸盐粒子（非吸收性气溶胶对气候致冷）相互混合。尽量这些二次硫酸盐粒子存在并且浓度比较高，但是它们大部分内部混合有黑碳颗粒，内部混合的硫酸盐可以放大这些黑碳气溶胶本身吸收效应的2-3倍，从而通过白天对太阳能吸收和夜间放热的过程来加热大气灰霾层，导致白天地面对太阳能量接收会减少。研究人员从实验观测角度为这一可能的现象提供了证据，显示我国华北区域性的灰霾中独特的气溶胶特性在改变区域性大气热动力学和白天地面光亮程度上有重要影响。另外，研究人员也注意到在春季沙尘暴多发季节，长距离输送的细沙尘颗粒能很好的清除大气中酸性气体并抑制新粒子的生成。然后这种非均相化学反应会改变部分沙尘颗粒的表面为吸湿性和增大颗粒粒径。本研究首次揭示了在此条件下气溶胶无成核有明显增长的特征。（来源：山东大学环境研究院李卫军）