作者：崔雪芹
湍流發(fā)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(fā)北京師范大學云－氣溶膠研究團隊及其合作者有關(guān)新粒子形成和增長的最新研究發(fā)現(xiàn)，他們在傳統(tǒng)化學機制的基礎(chǔ)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(huán)境下新粒子生成和增長特性，并在全球3個典型地區(qū)得到了驗證。
“這個新粒子生成的新發(fā)現(xiàn)和提出的新機理對了解和預(yù)報霧霾形成發(fā)展有重要意義?！蔽恼峦ㄓ嵶髡呃钫记甯嬖V《中國科學報》記者。
人類活動產(chǎn)生的大氣顆粒物污染多來源于由氣體轉(zhuǎn)化生成的二次性氣溶膠，因此新粒子生成對于區(qū)域大氣污染和全球環(huán)境演化具有重要的影響。一般認為新粒子生成僅受制于氣體前體物化學成分，其增長過程研究主要注重于光化學反應(yīng)，但這些不能完全解釋實際發(fā)生的新粒子生成和增長的具體特性，也給重污染事件預(yù)報帶來很大不確定性。
通過分析在中國、美國和芬蘭發(fā)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征參數(shù)觀測，發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)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(wěn)定大氣下很強的湍流發(fā)展趨勢。
基于傳統(tǒng)化學成核機理和超細粒子在實際大氣中的分布特征，從成核分子在大氣湍流控制下的流場分布變化規(guī)律，通過外場觀測和分子動力學模擬，該研究發(fā)現(xiàn)大氣湍流發(fā)展對于新粒子生成和發(fā)展有重要影響，并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(jié)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并、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(guān)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(jié)果，驗證了上述機理。
該研究得到了國家重點研發(fā)專項 “超大城市邊界層氣溶膠垂直結(jié)構(gòu)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(guān)論文信息：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa157/5867800
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