这些粒子随后的增长被认为贡献了全球大约一半的云凝结核 (CCN) 数量,从而极大地影响了云的特性和地球的辐射平衡。
了解区域和全球 NPF 机制对于准确评估气溶胶的气候效应以及将此类效应归因于可控的初级颗粒和气体源是必要的。
在《自然》杂志上发表的一项新研究中,研究人员综合了分子级实验室实验,开发了美国能源部能源百亿亿次地球系统模型(E3SM)中 NPF 和前体气体化学转化的综合模型表示。
通过结合模型模拟和观察,量化了不同的主导 NPF 机制及其对世界各地云层的影响。
E3SM 开发了一种新的 NPF 物理化学过程表示方法,可以准确模拟气溶胶。研究人员表明,大多数富含气溶胶或易受云层影响的地区的颗粒形成很可能是由过去十年发现或量化的“现代”NPF 机制主导的。
这些现代机制对区域和全球量表的重要性被低估了,因为它们在以前的模型中大多是缺失或实质性的。
本研究对 NPF 机制的全面描述也将有助于对全球范围内的颗粒物和 CCN 进行详细的来源解析。这将进一步帮助准确将气溶胶的气候效应归因于前体气体和初级颗粒物的排放源,对制定有对性的控制政策具有重要意义。
此外,阐明 NPF 机制对于评估历史和未来的气候变化具有重要意义,因为不同机制产生的粒子可能会经历截然不同的变化。这可能导致不同地区的气溶胶负荷变化明显不同,这表明在未来的政策干预下,气溶胶的气候效应会有所不同。
鉴于区域和垂直不同的NPF机制(以及它们不同的过去和未来变化),必须充分代表气候模拟和预测中的所有主要NPF机制,尤其是在气候变化范围内面板的评估报告中所考虑的所有主要NPF机制。
理解气溶胶在地球系统中的作用的一个关键挑战是了解大气气溶胶粒子是如何形成的。尽管已描述了特定地点的 NPF 机制,但在大多数地区,由于大气模型模拟关键 NPF 过程的能力有限,此类机制在很大程度上仍不确定。
E3SM 模拟和观测相结合的结果表明,在大多数气溶胶浓度高或气溶胶辐射强迫大的地区,以前被忽视或未被充分代表的机制主导着 NPF。
这样的区域包括海洋和人污染的大陆边界层,以及在雨林和亚洲季风区域上的对流层。
因此,在较低的对流层的各个区域,NPF占10%–80%的核,在各个区域中形成0.5%的云。