Новая парадигма атмосферного моделирования ломает ранее принятые представления

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), опираясь на новые данные о реальных свойствах частиц, разработали многомерную модель, предсказывающую их формирование и эволюцию в атмосфере. Вместо традиционного подхода, рассматривающего вторичные органические аэрозоли (ВОА), образующиеся из смеси природных и антропогенных выбросов, как летучие жидкие растворы, они смоделировали их как нелетучие полутвердые тела. Исследование, основанное на новых экспериментальных данных о скорости испарения, диффузии и вязкости, стало важным шагом к улучшению модельного описания ВОА.

Понимание формирования, свойств и трансформации ВОА по мере их переноса в атмосфере критически важно для прогнозирования и смягчения последствий изменения климата, а также для оценки качества воздуха. Эти мельчайшие частицы, часто являющиеся доминирующим компонентом атмосферных аэрозолей во многих регионах мира, образуются при фотохимических реакциях газообразных соединений углерода от биогенных (деревья, травы) и антропогенных (транспорт, промышленность) источников. Они влияют на климат, погоду и здоровье человека.

Используя передовые инструменты и методы в лабораторных и полевых условиях, команда показала, что частицы ВОА не находятся в равновесии, как предполагалось традиционными моделями. Вместо этого они оказались практически нелетучими и высоковязкими. Применение коробочной модели и трехмерной модели прогноза погоды и химии (WRF-Chem) продемонстрировало, что в новой концепции полутвердые частицы ВОА не испаряются при переносе в более чистую среду, что резко контрастирует с прежними моделями испаряющихся жидких ВОА.

«Наша работа открывает новые горизонты в области изучения вторичных органических аэрозолей, — заявил ведущий исследователь, атмосферный ученый PNNL доктор Маниш Шривастава. — В этом исследовании мы сделали первый шаг к улучшению представления этих аэрозолей в моделях на основе наших новых экспериментальных данных об их низкой летучести и высокой вязкости».

Впервые команда расширила модель, включив в нее многомерную схему для описания многостадийного «старения» газофазных предшественников ВОА. Это позволило отдельно отслеживать разные поколения продуктов окисления, изменяющихся в результате реакций функционализации и фрагментации. После внедрения этой экспериментально обоснованной схемы в комплексную модель, ее прогнозы были успешно сопоставлены с измерениями, полученными с самолетов во время полевой кампании MILAGRO 2006 над плато Мехико. Новая модель будет дополнительно проверена на более широком массиве полевых данных, а исследователи работают над улучшением формулировок моделей ВОА и оценкой последствий своих выводов для региональных и глобальных химико-транспортных моделей.