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海洋大气中含碘与含硫化合物协同成核机制的理论研究

批准号:
42105101
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘玲
依托单位:
学科分类:
大气化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘玲

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
海洋气溶胶在全球气溶胶系统中发挥着重要作用。含碘化合物可参与海洋气溶胶新粒子的成核过程,但现有成核机制仍不足以解释海洋地区新粒子高强度频发的现象。除含碘物质外,海洋大气中亦含有大量有潜力参与成核的含硫化合物。多种物质协同参与的成核机制可能是揭示海洋地区新粒子形成的关键。由于当前实时外场观测技术的局限性,海洋大气中含碘与含硫化合物的协同成核机制一直未被揭示,极大限制人们对海洋大气中新粒子形成的理解。本项目拟采用量子化学计算与大气团簇动力学模型相结合,从形成临界团簇的热力学和动力学两个角度阐明海洋大气中含碘和含硫化合物协同成核机制及不同海洋大气条件影响的规律。考虑到海洋大气中物种多样且环境复杂,该项目将是探索海洋大气新粒子事件高强度频发的关键,不仅可为建立海洋大气气溶胶成核模型及海洋大气环境的科学研究提供理论线索,还可为全面了解海洋-大气化学物质循环及其对气候变化的影响提供新思路。
英文摘要
Marine aerosol plays an important role in the global aerosol system. Although iodine-containing compounds can participate in the nucleation process of new particles, the existing nucleation mechanism still can not explain the highly extensive and frequent occurrence of new particles in the marine atmosphere. In addition to iodine-containing compounds, there are a large number of sulfur-containing compounds with the potential to participate in the nucleation in the marine atmosphere. Hence, the synergistic nucleation mechanism of multiple substances may be of key importance. Due to the limitation of key technology in the real-time field observations, the synergistic nucleation mechanism of iodine-containing and sulfur-containing compounds is still unrevealed, which greatly limits the understanding of the new particle formation in the marine atmosphere. In the present proposal, using the quantum chemical calculations combined with the Atmospheric Clusters Dynamic Code, the synergistic nucleation mechanism of iodine-containing and sulfur-containing compounds and the corresponding influence of marine atmospheric conditions will be investigated from the thermodynamic and kinetic perspectives of critical cluster formation. Considering the diversity of the marine atmospheric species and the complexity of the environment, this proposal can be of key importance to explore the highly extensive and frequent occurrence of new particle formation events. It can not only provide the theoretical clues for the establishment of the nucleation model for marine atmospheric aerosol and the scientific research of marine atmospheric environment but also provide new ideas for the comprehensive understanding of the marine-atmospheric chemical cycle and its impacts on climate changes.
海洋气溶胶在全球气溶胶系统中占有举足轻重的地位,其对全球大气环境和气候变化等具有重要影响。海洋藻类排放的含碘化合物在海洋地区高强度频度发的新粒子生成事件中扮演着重要角色。然而,由于当前实时外场观测技术的局限性,海洋大气中含碘化合物的成核机制仍不甚明确,人们对海洋大气新粒子生成及其对全球大气环境和气候变化影响的理解受到很大限制。.在国家自然科学基金青年项目的资助下,采用了量子化学计算与大气团簇动力学模型相结合的方案,从临界核团簇形成的热力学和动力学两个角度开展了深入研究,发现在海洋地区的新粒子成核团簇形成过程中,氢键、卤键以及质子转移后的静电作用均可发挥重要作用,并进一步揭示了一系列重要海洋气溶胶成核机制。其中,亚碘酸自成核、亚碘酸-硫酸协同成核和亚碘酸-甲磺酸协同成核机制研究表明,亚碘酸在成核过程中可通过发挥类似碱性分子的作用,稳定含硫化合物(硫酸或甲磺酸)的成核,进而有效促进海洋大气新粒子成核速率。同时,揭示了碘酸-二甲胺协同成核和碘酸-二甲胺-氨协同成核新机制,且明确了在不同地区和不同海拔条件下的主导作用机制及其成核速率随海拔变化的规律。此外,碘酸-亚碘酸协同成核机制以及硫酸、二甲胺促进的碘酸-亚碘酸成核机制的发现,合理地解释了污染沿海地区外场观测的高成核速率。值得一提的是,研究还发现,在胺分子或卤素离子作用下,三氧化二碘可发生非均相反应,生成光活性的含碘物质和碘酸根离子,为碘的地球化学循环提供了新见解。因此,含碘化合物在海洋大气中的作用重大,不仅可影响海洋新粒子成核过程,还对新粒子增长过程产生关键作用,是海洋颗粒物污染的重要诱因。以上研究结果不仅可为海洋大气气溶胶和海洋-大气化学物质循环研究提供新思路,而且有望助力大气污染治理和应对全球气候变化。
二氧化硫减排下潜在酸性污染物参与的气溶胶成核机制
  • 批准号:
    22376013
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    刘玲
  • 依托单位:
基于CMAS侵蚀的Sm2Zr2O7涂层微结构调控及涂层失效机理研究
  • 批准号:
    51772027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘玲
  • 依托单位:
高缺陷铝酸盐热障涂层材料的设计及性能调控
  • 批准号:
    51102016
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    刘玲
  • 依托单位:
国内基金
海外基金