Том 39, номер 10, статья № 3

Аннотация:

Аэрозольные частицы в атмосфере существенно влияют на радиационный баланс планеты и сопутствующие климатические трансформации. В настоящей работе представлены результаты исследования гигроскопических и летучих свойств искусственных аэрозольных сред, полученных путем распыления растворов морской соли и сульфата аммония в Большой аэрозольной камере (БАК) ИОА СО РАН. Динамика трансформации функции распределения частиц по размерам исследовалась при ступенчатом нагреве воздушной смеси до температур 25, 25–100, 100–250 °С и изменении относительной влажности воздуха от 30 до 85%. Концентрация частиц регистрировалась в восьми интервалах радиусов от 0,2 до 2 мкм на каждой температурной ступени. Установлено, что гигроскопические и летучие характеристики аэрозолей, содержащих морскую соль или сульфат аммония, достоверно различаются и, следовательно, можно идентифицировать эти соединения в составе атмосферного аэрозоля. Результаты исследования позволят усовершенствовать методы идентификации аэрозольных сред для уточнения оптических моделей, применяемых для решения обратных задач оптики атмосферы, а также обеспечивать более надежную параметризацию процессов трансформации аэрозольных частиц в условиях меняющейся влажности, что необходимо для повышения достоверности прогнозов радиационного воздействия аэрозоля на климат.

Ключевые слова:

аэрозоль, гигроскопичность, летучесть, морская соль, сульфат аммония

Список литературы:

1. Пискунова Д.А., Чубарова Н.Е., Шатунова М.В., Шувалова Ю.О., Петров Н.А. Эффекты облачно-радиационного взаимодействия в прогнозе положительного длинноволнового баланса и температуры воздуха в модели ICON в условиях адвекции теплого воздуха на снежную поверхность // Оптика атмосф. и океана. 2026. Т. 39, № 6. С. 469–478. DOI: 10.15372/AOO20260602.
2. Ramanathan V., Carmichael G. Global and regional climate changes due to black carbon // Nat. Geosci. 2008. V. 1, N 4. P. 221–227. DOI: 10.1038/ngeo156.
3. Шерстюков Б.Г. Климатология. Обзор. Глобальное потепление и его возможные причины // Гидрометеорология и экология. 2023. № 70. С. 7–37. DOI: 10.33933/2713-3001-2023-70-7-37.
4. Горчаков Г.И., Емиленко А.С., Исаков А.А., Метревели Д.М., Свириденков М.А., Сидоров В.Н. Свойства приземного аэрозоля // Атмосферная оптика и аэрозоль. М.: Наука, 1986. С. 42–64.
5. Горчаков Г.И., Емиленко А.С., Исаков А.А., Свириденков М.А., Сидоров В.Н. Временной ход оптических и микрофизических характеристик субмикронной фракции приземного аэрозоля по данным эксперимента АФАЭКС-79 // Комплексный советско-американский эксперимент по исследованию фонового аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С. 112–128.
6. Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 368 с.
7. An W.J., Pathak R.K., Lee B.H., Pandis S.N. Aerosol volatility measurement using an improved thermodenuder: Application to secondary organic aerosol // J. Aerosol Sci. 2007. V. 38. P. 305–314. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2006.12.002.
8. Faulhaber A.E., Thomas B.M., Jimenez J.L., Jayne J.T., Worsnop D.R., Ziemann P.J. Characterization of a thermodenuder-particle beam mass spectrometer system for the study of organic aerosol volatility and composition // Atmos. Meas. Tech. 2009. V. 2. P. 15–31. DOI: 10.5194/amt-2-15-2009.
9. Cappa C.D., Wilson K.R. Evolution of organic aerosol mass spectra upon heating: implications for OA phase and partitioning behavior // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 1895–1911. DOI: 10.5194/acp-11-1895-2011.
10. Saleh R., Shihadeh A., Khlystov A. On transport phenomena and equilibration time scales in thermodenuders // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P. 571–581. DOI: 10.5194/amt-4-571-2011.
11. Backman J., Virkkula A., Petaja T., Aurela M., Frey A., Hillamo R. Impacts of volatilisation on light scattering and filter-based absorption measurements: A case study // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. P. 1205–1216. DOI: 10.5194/amt-3-1205-2010.
12. Hakkinen S.A.K., Aijala M., Lehtipalo K., Junninen H., Backman J., Virkkula A., Nieminen T., Vestenius M., Hakola H., Ehn M., Worsnop D.R., Kulmala M., Petaja T., Riipinen I. Long-term volatility measurements of submicron atmospheric aerosol in Hyytiala, Finland // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 10771–10786. DOI: 10.5194/acp-12-10771-2012.
13. Huffman J.A., Docherty K.S., Aiken A.C., Cubison M.J., Ulbrich I.M., DeCarlo P.F., Sueper D., Jayne J.T., Worsnop D.R., Ziemann P.J., Jimenez J.L. Chemically-resolved aerosol volatility measurements from two megacity field studies // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 7161–7182. DOI: 10.5194/ acp-9-7161-2009.
14. Полькин В.В., Панченко М.В., Терпугова С.А. Конденсационная активность частиц атмосферного аэрозоля разного размера по данным фотоэлектрического счетчика // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 12. С. 956–964. DOI: 10.15372/AOO20211205; Pol’kin V.V., Panchenko M.V., Terpugova S.A. Condensation activity of different-size particles of atmospheric aerosol using photoelectric counter measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 2. P. 133–141.
15. Полькин В.В., Панченко М.В., Терпугова С.А., Шмаргунов В.П. Исследование содержания летучих веществ в составе атмосферных частиц разных размеров на основе термического воздействия и регистрации фото-электрическими счетчиками // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 6. С. 490–495. DOI: 10.15372/ AOO20240607; Pol’kin V.V., Panchenko M.V., Terpugova S.A., Shmargunov V.P. Study of the content of volatile species in the composition of atmospheric particles on the basis of thermal impact and recording by optical counters // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 6. P. 719–724.
16. Ермаков А.Н., Алоян А.Е., Арутюнян В.О., Прончев Г.Б. О новом источнике сульфатов в атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 12. С. 975–981. DOI: 10.15372/AOO20231203; Yermakov A.N., Aloyan A.E., Arutyunyan V.O., Pronchev G.B. A new source of sulfates in the atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 2. P. 166–173.
17. Прончев Г.Б., Ермаков А.Н. Механизм нефотохимического образования и оценка скорости накопления сульфатов в атмосферной дымке // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 3. С. 178–184. DOI: 10.15372/AOO20250303; Pronchev G.B., Yermakov A.N. Non-photochemical formation of atmospheric hazes and rate of sulphate accumulation in them // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 4. P. 401–407.
18. Рахимов Р.Ф., Козлов В.С., Макиенко Э.В. Некоторые особенности формирования дисперсной структуры дымовых аэрозолей при термическом разложении хвойной древесины. 1. Вариации массы сжигаемых образцов // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 3. С. 218–222.
19. Полькин В.В. Учет зависимости границ диапазонов размеров частиц от комплексного показателя преломления материала частиц в фотоэлектрических счетчиках // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 5. С. 442–446. DOI: 10.15372/AOO20170514.
20. Лактионов А.Г. Равновесная гетерогенная конденсация. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 160 с.
21. Hanel G. The properties of atmospheric aerosol particles as function of relative humidity at the thermodynamic equilibrium with surrounding moist air // Adv. Geophys. 1976. V. 19, N 1. P. 73–188.
22. Батчер С., Чарлсон Р. Введение в химию атмосферы. М.: Мир, 1977. 270 с.