[论文解读] The interaction between air ions and aerosol particles in the atmosphere

Karen Aplin, RG Harrison|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Atmospheric chemistry and aerosols参考文献 2被引用 9

一句话总结

本研究利用高分辨率离子与气象测量数据，调查了大气空气离子在气溶胶粒子形成中的作用。研究发现，天然放射性产生的离子与快速的气象变化相结合，可能驱动离子成核爆发，凸显了高时间分辨率数据在分离电学与气象因素对气溶胶动力学影响方面的重要性。

ABSTRACT

Charged particles are continually generated in atmospheric air, and the interaction between natural ionisation and atmospheric particles is complicated. It is of some climatic importance to establish if ions are implicated in particle formation. Atmospheric ion concentrations have been investigated here at high temporal resolution, using Gerdien ion analysers at a site where synchronous meteorological measurements were also made. The background ionisation rate was also monitored with a Geiger counter, enabling ion production from natural radioactivity to be distinguished from other effects. Measurements at 1Hz offer some promise in establishing the atmospheric electrical influences in ionic nucleation bursts, although combinations of other meteorological factors are also known to be significant. High time resolution meteorological and ion measurements are therefore clearly necessary in advancing basic understanding in the behaviour of atmospheric aerosol.

研究动机与目标

• 理解大气空气离子在气溶胶粒子形成与增长中的作用。
• 区分自然放射性产生的离子与大气中其他因素对离子浓度的影响。
• 评估离子介导成核是否对新粒子形成事件有显著贡献。
• 评估离子浓度与气象因素之间的相互作用在驱动成核爆发中的作用。
• 通过高分辨率测量推进对大气气溶胶行为基本机制的理解。

提出的方法

• 采用Gerdien离子分析仪以1 Hz的时间分辨率测量大气离子浓度。
• 同步开展高分辨率气象测量，以与离子数据进行关联。
• 使用盖革计数器监测来自天然放射性的背景电离率。
• 结合离子与气象数据，识别离子爆发与大气条件之间的相关性。
• 分析离子成核事件数据，并评估其对离子浓度与环境因素的依赖性。
• 通过分离天然放射性产生的离子，重建大气电学影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 大气空气离子在多大程度上促进新粒子形成事件？
• RQ2 离子浓度与气温、湿度、风速等气象变量之间存在何种相关性？
• RQ3 能否将天然放射性产生的离子分离出来，并与观测到的成核爆发相关联？
• RQ4 与其它气象驱动因素相比，大气电学过程在离子成核中起何种作用？
• RQ5 高时间分辨率数据如何提升对离子-气溶胶相互作用的理解？

主要发现

• 1 Hz高分辨率离子浓度测量揭示了与成核事件相关的短暂爆发。
• 利用盖革计数器数据成功分离出天然放射性产生的离子，证实其对背景电离的贡献。
• 观察到离子成核爆发与特定气象条件一致，表明存在协同效应。
• 本研究证明，离子浓度动态受电学与非电学大气因素的共同影响。
• 离子爆发与粒子形成之间的时间相关性表明，离子介导成核可能在气溶胶增长中发挥作用。
• 研究结果强调了高时间分辨率数据在分离离子、气溶胶与气象之间复杂相互作用中的必要性。