近年来，大气中新粒子生成和增长在云凝结核（CCN）形成中的作用引起广泛关注。然而，在城市环境中，由于颗粒物来源复杂以及粒子增长在垂直方向上的差异，准确评估新粒子对云凝结核的贡献一直面临挑战。为此，中国科学院大气物理研究所孙业乐研究员与赫尔辛基大学杜蔚博士联合多家科研单位，基于北京325米气象塔，开展了不同高度颗粒物化学组分、粒子数谱及其气态前体物的实时在线测量，深入分析了不同高度粒子增长过程及其对CCN的影响。

图1.左图：新粒子生成事件天和非事件天，地面和260米高度颗粒物数浓度粒径谱的平均分布图；右图：地面和260米粒子数谱及其比值日变化图。

研究发现，城市上空的新粒子增长过程比地面更为强烈（图1-2）。在大多数情况下，受到区域输送的影响，城市上空含有更多的气态前体物（如硫酸），这些前体物促进了新粒子的生成。研究还发现，一些在地面观测到的新粒子，实际上是由高空垂直输送下来的。在新粒子的后续增长过程中，来自地面的气态前体物扩散到高空。高空湿度的增加，促进了以硝酸为主的气粒转化过程，进而增强了高空二次颗粒物的生长。

图2. 一次典型的新粒子生成和粒子增长事件过程中，地面和260米高度处粒子数谱，颗粒物生成速率及其垂直比值演变。

研究进一步量化了粒子增长对云凝结核的贡献。结果表明，高空更强的新粒子生成和增长事件不仅带来了更多的颗粒物，还改变了这些颗粒物的化学组成，使其更具吸湿特性，从而更容易成为云凝结核。这种变化使得高空新生成的粒子对云凝结核的贡献更加显著。研究还指出，如果仅依赖地面观测结果来量化新粒子对云凝结核的贡献，可能会低估约20%的影响。

图3.左图：粒子增长事件天和非事件天中硝酸盐的垂直差异日变化；右图：CCN浓度垂直差异随着过饱和比的变化。

这项研究不仅揭示了城市颗粒物在垂直方向上的增长差异，还为我们提供了关于城市气溶胶如何影响天气和气候的全新视角。研究强调，在制定环境政策时，需要考虑大气颗粒物的垂直分布差异，避免低估高空新粒子对气候的影响。

该研究成果近日发表于《One Earth》，并得到中国科学院战略先导专项（XDB0760200）、国家自然科学基金（92044301）以及芬兰科学院ACCC旗舰项目（337549）等共同资助。

论文信息：

Du, W., Zhao, J., Dada, L., Xu, W., Wang, Y., Shi, Y., Chen, X., Kokkonen, T. V., Cai, J., Zhang, Y., Wang, Q., Cai, R., Zha, Q., Zhou, L., Li, Z., Yu, F., Fu, P., Hu, F., Wang, Z., Worsnop, D. R., Bianchi, F., Kerminen, V.-M., Kulmala, M., and Sun, Y.: Impacts of enhanced new-particle growth events above urban roughness sublayer on cloud condensation nuclei, One Earth, 101169, 2024.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590332224005992