布鲁克海文国家实验室 在亚速尔群岛进行的一项关于云和气溶胶的研究结果显示，新粒子可以在海洋边界层——地球表面上方约一公里处的大气——中孕育云的形成，甚至在海洋上空，那里的前体气体浓度预计较低
图片由美国提供
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能源部大气辐射测量用户设施
学分:布鲁克海文国家实验室 北大西洋东部的一项大气研究的新结果显示，孕育云形成的微小气溶胶粒子可以在公海上几乎不存在的地方形成
这种“新粒子形成”发生在阳光与海洋边界层中的微量气体分子反应时，海洋边界层是地球表面上方大约一公里内的大气
发表在《自然通讯》杂志上的这些发现将改善气溶胶和云在描述地球气候的模型中的表现方式，这样科学家们就可以理解这些粒子以及控制它们的过程是如何影响地球的过去和现在的，并对未来做出更好的预测
“当我们说‘新粒子形成’时，我们指的是单个气体分子，有时只有几个原子大小，与阳光发生反应，”该研究的合著者邝崇爱说，他是美国大学环境与气候科学系的成员
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能源部布鲁克海文国家实验室
“想想如此规模的东西如何对我们的气候产生如此大的影响——有多少能量被反射或截留在我们的大气中，这很有趣，”他说
但是模拟气溶胶粒子是如何形成和增长的细节，以及水分子是如何凝结成云滴和云的，同时考虑到不同的气溶胶特性(例如
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它们的大小、数量和空间分布)影响这些过程是极其复杂的，尤其是如果你不知道所有的气溶胶来自哪里
因此，来自布鲁克海文的一组科学家和世界各地的大气研究合作者开始在相对原始的海洋环境中收集数据
在这种情况下，他们预计痕量气体的浓度会很低，云的形成对气溶胶特性特别敏感——这是解开复杂相互作用的理想“实验室”
邝其志说:“这是一个实验，它真正利用了布鲁克海文在气溶胶观测和云观测方面的广泛合作的专业知识。”
其中三名主要研究人员——主要作者郑广杰和王洋，以及北大西洋东部气溶胶和云实验(ACE-ENA)项目的首席研究员王剑——在布鲁克海文工作期间开始参与该项目，并在搬到华盛顿大学后一直与该实验室保持密切合作
2018年的路易
陆地和海洋 这项研究利用了亚速尔群岛(葡萄牙大陆以西850英里的一个群岛)格拉西萨岛上的一个长期地面采样站和一架配备有55个大气仪器系统的湾流-1型飞机，在岛上和海上的不同高度进行测量
地面站和飞机都属于美国能源部科学办公室的大气辐射测量用户设施，由9个美国能源部国家实验室组成的联合体管理和运营
研究小组驾驶飞机进行“海豚飞行”，通过边界层上升和下降，获得不同高度的粒子和前驱气体分子的垂直剖面
他们用地面站的测量数据来协调这些飞行
布鲁克海文实验室大气科学家郑爱光(中)和阿特·塞德莱克(左)和斯蒂芬·斯普林斯顿(右)在ARM的湾流-159 (G-1)飞机上进行2010年大气采样任务，该任务不属于本研究的一部分
信用:U
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能源部大气辐射测量用户设施
科学家们没有预料到在这种环境的边界层中会出现新的粒子形成，因为他们预计临界前体微量气体的浓度会太低
“但是我们在地表测量到的粒子比新形成的粒子要大，我们只是不知道它们来自哪里，”匡说
飞机测量给了他们答案
“这架飞机在测量过程中有非常特殊的飞行模式，”匡说
“他们看到了新粒子正在高空形成的证据——不是在表面，而是在上边界层
“证据包括高浓度的小颗粒、低浓度的现有气溶胶表面积，以及反应性微量气体(如二甲基硫化物)垂直迁移的明显迹象，以及有利于这些气体与阳光反应的大气条件
“然后，一旦这些气溶胶粒子形成，它们就会吸引额外的气体分子，这些气体分子凝结并导致粒子直径增长到大约80-90纳米
这些较大的粒子然后被向下输送——这就是我们在地表测量的，”匡说
“表面测量加上飞机测量让我们对正在发生的气溶胶过程有了一个非常好的空间感，”他指出
在一定的尺寸下，粒子变得足够大以吸引水蒸气，水蒸气凝结形成云滴，最终形成云
邝其志解释说，悬浮在大气中的单个气溶胶粒子和它们最终形成的云都可以反射和/或吸收阳光，并影响地球的温度
使用一架装备有55个大气仪器系统的飞机，科学家们穿越云层上方和下方的水平轨迹，并在大气层中盘旋下降，以提供气溶胶和云特性的详细测量结果
地面雷达和其他仪器进行的测量补充了飞机数据
信用:U
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能源部大气辐射测量用户设施
研究意义 因此，现在科学家们知道新的气溶胶粒子正在公海上形成，他们可以用这些信息做什么？ 邝其志说:“我们将利用这些正在发生的事情的知识，确保这个过程在地球气候系统的模拟中被捕捉到。”
另一个重要的问题:“如果这是一个如此清洁的环境，那么这些前驱气体来自哪里？”匡问道
“海洋中的生物活动产生了一些重要的前体气体(例如
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二甲基硫化物),这也可能导致新颗粒的形成
这可能是一个很好的后续研究——探索这些来源
" 了解二甲基硫化物等生物气体的命运是提高科学家预测海洋生产力变化将如何影响气溶胶形成以及气候的能力的关键，二甲基硫化物是大气中硫的一个非常重要的来源
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