有机气溶胶液-液相分离的模拟及相态对N2O5摄取的影响
杨航
1,2,彭龙
2,Mijung Song
3,4,李颖
1*
1中国科学院大气物理研究所,大气环境与极端气象国家重点实验室,北京 100029,中国
2新疆大学生态与环境学院,乌鲁木齐 830017,新疆,中国
3全北国立大学环境与能源系,全州 54896,韩国
4全北国立大学地球与环境科学系,全州 54896,韩国
*邮箱:
liying-iap@mail.iap.ac.cn
二次有机气溶胶 (SOA) 的相态与粘度,是决定其大气寿命、多相化学反应及气候效应的关键因素。由气溶胶化学组成与环境相对湿度 (RH) 驱动的液-液相分离(LLPS)在这些过程中起关键作用。LLPS发生于有机气溶胶 (OA) 颗粒内部,引发不同化学组分的显著分层或分离。而分离相对湿度 (SRH) 是这种相分离发生时所需的最低相对湿度阈值。LLPS的发生对大气颗粒物的吸湿性、云凝结核 (CCN) 特性、光学特征和气-粒分配等属性产生显著影响,进而作用于空气质量调节、气候变化动态等重要的大气过程。然而,当前化学传输模型 (CTMs) 因缺乏对LLPS动态过程定量描述,导致气溶胶相关气候效应的模拟存在显著不确定性。
本研究基于前期建立的玻璃转化温度 (
Tg) 与挥发性的参数化方案,将SRH参数化模块集成至化学耦合的天气研究和预报模型 (WRF-Chem) 中,模拟了中国地区OA颗粒粘度、分离相对湿度、LLPS发生频率,以及其对N
2O
5摄取系数 (γN
2O
5) 影响的空间与季节分布特征。模拟结果表明,LLPS在中国东南部湿润地区的发生频率显著高于西北干旱地区。通过O:C与SRH的相关性分析发现,高度氧化的SOA具有更低的SRH阈值,更易在中等相对湿度条件下发生相分离。模型评估进一步揭示,相较于均匀内混液态颗粒,LLPS的发生会降低γN
2O
5,其核心机制在于高粘度有机壳对反应中间体扩散的限制作用。本研究深化了LLPS影响气溶胶非均相化学机制的认知,同时强调将该过程纳入化学传输模型对更精准模拟有机气溶胶颗粒气候效应的重要科学意义。
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