О влиянии атмосферных ионов на образование аэрозоля в тропосфере: численное моделирование
- Авторы: Алоян А.Е.1, Ермаков А.Н.2, Арутюнян В.О.1
-
Учреждения:
- Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
- Институт энергетических проблем химической физики РАН им. В.Л. Тальрозе ФИЦ ХФ им. Н.Н.Семенова РАН
- Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
- Страницы: 467-473
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-3515/article/view/136934
- DOI: https://doi.org/10.31857/S000235152304003X
- EDN: https://elibrary.ru/YMVGXF
- ID: 136934
Цитировать
Аннотация
Построена новая математическая модель глобального переноса многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей, включающая формирование в атмосфере сульфатных аэрозолей в обоих полушариях. Расчеты скоростей нуклеации и счетных концентраций частиц выполнялись применительно к зимнему периоду в тропосфере в рамках единой модели с учетом химических и кинетических процессов трансформации (фотохимия, нуклеация, конденсация/испарение и коагуляция). При этом наряду с бинарной нуклеацией паров серной кислоты и воды рассматривалось также образование зародышей частиц и с участием атмосферных ионов. Полученные результаты указывают на значимую роль процесса ионной нуклеации в формировании аэрозоля в Северном и Южном полушариях в зимнее время. Наряду с уровнем ионизации воздуха, факторами определяющими динамику ионных процессов и их влияние на пространственно-временное распределение аэрозольных частиц в атмосфере, являются температура, относительная влажность, а также содержание в воздухе паров серной кислоты и воды.
Ключевые слова
Об авторах
А. Е. Алоян
Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: ezmakr2010@yandex.ru
Россия, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 8
А. Н. Ермаков
Институт энергетических проблем химической физики РАН им. В.Л. Тальрозе ФИЦ ХФ им. Н.Н.Семенова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: polclouds@yandex.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., д. 38, корп. 2
В. О. Арутюнян
Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
Email: polclouds@yandex.ru
Россия, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 8
Список литературы
- Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере. М.: Наука, 2008. 415 с.
- Алоян А.Е., Ермаков А.Н., Арутюнян В.О. Формирование сульфатных аэрозолей в тропосфере и нижней стратосфере // Исследование возможной стабилизации климата с помощью новых технологий. М.: Росгидромет, 2012. С. 75–98.
- Алоян А.Е., Ермаков А.Н., Арутюнян В.О. Аэрозоль в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Сульфатные частицы в северных широтах // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 2. С. 136–142.
- Akimoto H. Atmospheric Reaction Chemistry, Springer, 2016.
- Aloyan A.E. Mathematical modeling of the interaction of gas species and aerosols in atmospheric dispersive systems // Russ. J. Num. Anal. Math. Model. 2000. V. 15(1–4). P. 211–224.
- Aloyan A.E., Yermakov A.N., Arutyunyan V.O. Modeling the influence of ions on the dynamics of formation of atmospheric aerosol // Izv. Atmos. Ocean Phys. 2021. V. 57. № 1. P. 104–109.
- Ferguson E.E. Ion–molecule reactions in the atmosphere // Kinetics of Ion–Molecule Reactions, Ed. by P. Ausloos, Springer, Boston, 1979. P. 377– 403.
- Froyd K.D., Lovejoy E.R. Experimental thermodynamics of cluster ions composed of H2SO4 and H2O. 1. Positive ions // J. Phys. Chem. A 2003. V. 107. № 45. P. 9800–9811.
- Hofmann D.J. Measurement of the concentration nuclei profile to 31 km in the Arctic in January and comparison with Antarctic measurements // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17. № 4. P. 357–360.
- Kirkby J., Curtius J., Almeida J. et al. Role of sulphuric acid ammonia and Galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation // Nature. 2011. V. 476. P. 429–433.
- Kurihara Y., Televa R.E. Structure of tropical cyclone developed in three-dimensional numerical simulation model // J. Atmos. Sci. 1974. V. 31. № 5. P. 893–919.
- Kusaka I., Wang Z.-G., Seinfeld J.H. Ion-induced nucleation: A density functional approach // J. Chem. Phys. 1995. V. 102. № 2. P. 913–924.
- Lowe D., MacKenzie R. Review of polar stratospheric cloud microphysics and chemistry // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2008. V. 70. № 1. P. 13–40.
- Yu F. Ion-mediated nucleation in the atmosphere: Key controlling parameters, implications, and look-up table // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. D03206.
- Yu F., Luo G., Bates T.S. et al. Spatial distributions of particle number concentrations in the global troposphere: Simulations, observations, and implications for nucleation mechanisms // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. D17205.
- Zuend A. and Seinfeld J.H. Modeling the gas-particle partitioning of secondary organic aerosol: the importance of liquid-liquid phase separation // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. № 9. P. 3857–3882.