On the Influence of Atmospheric Ions on Aerosol Formation: Numerical Modeling

A. E. Aloyan; Алоян А. Е.; A. N. Yermakov; Ермаков А. Н.; V. O. Arutyunyan; Арутюнян В. О.

doi:10.31857/S000235152304003X

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:
1. Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
2. 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://journal-vniispk.ru/0002-3515/article/view/136934
DOI: https://doi.org/10.31857/S000235152304003X
EDN: https://elibrary.ru/YMVGXF
ID: 136934

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

численная модель, атмосфера, аэрозоль ионная нуклеация, бинарная нуклеация

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.