درک رفتار آئروزول های جوی برای علوم آب و هوا، مدیریت کیفیت هوا و سلامت محیط زیست حیاتی است.این ذرات کوچک الگوهای آب و هوایی، سلامت تنفسی انسان، و تعادل تابش زمین، به ویژه استفاده از قوانین نرخ، چارچوب کمی برای تجزیه و تحلیل تشکیل آئرولو، رشد و تحول شیمیایی، این مقاله بررسی می کند که چگونه قوانین پیچیده جوی را برای پیوند دادن یک پویایی واقعی، یک طبیعت، یک ساختار نسبی، فراهم می کند.

Aerosols اتمسفر چیست؟

آئروسولات اتمسفر معلق ذرات جامد یا مایع در هوا است، که از چند نانومتر تا ده ها میکرومتر اندازه می گیرد، آنها از هر دو منبع طبیعی و انسانی سرچشمه می گیرند. منابع طبیعی شامل اسپری دریایی، فوران های آتشفشانی، گرد و غبار معدنی و انتشار گازهای گلخانه ای (به عنوان مثال، گرده، گرده، اسپور، terpenes از طریق احتراق انسان، به طور مستقیم می تواند از طریق سوخت های احتراق اولیه (و یا سوخت های فسیلی) تولید شود.

Aerosols به طور مستقیم بر آب و هوا با پراکنده کردن و جذب تابش خورشیدی و به طور غیرمستقیم با عمل به عنوان هسته های تراکم ابر (CCN) یا هسته های یخ، تغییر خواص ابر و عمر تاثیر خالص آب و هوا یکی از بزرگترین عدم اطمینان در مدل های آب و هوا جهانی است.

اصول قوانین نرخ در شیمی اتمسفر

قوانین نرخ بیانات ریاضی هستند که میزان واکنش شیمیایی به غلظت واکنش دهندگان را در شیمی اتمسفر مرتبط می کند، این قوانین به واکنش هایی که شامل ترکیبات آلی فرار (VOC)، مواد مخدر (به عنوان مثال، رادیکال های OH، ازن، نیترات)، و سایر گونه های ردیابی است که منجر به تشکیل آئروزول می شوند، اعمال می شود.

[[ویرایش] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]

[در این باره] [و [از این رو] [و [از نظر] [و [از این رو] [و [از این رو] [و [به]] [و [از این رو] [و [از این رو] [و [به]] [و [به]] [و [از [و]]]] [و [به]]] [و [و [از [و]]] [و [و [و [به]]]]] [و [و [و [از [و [و]]] [و [و [و [و [و]]]]]]]]] [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [به [و [و [و]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [و [و [و [و [و [و [و [و [و [از [از [از [از [و [از [و [و [و [و

نظم های واکنش و مولکولی

واکنش های سفارش اول (به عنوان مثال، فوتون دی اکسید نیتروژن) به صورت خطی به یک واکنش دهنده بستگی دارد. واکنش های سفارش دوم (به عنوان مثال، OH + VOC) در شیمی جوی رایج هستند. Pseudo-First-order اغلب در آزمایشگاه ها با داشتن یک واکنش دهنده در سفارشات بزرگ بیش از حد استفاده می شود.

دمای هوا وابسته

دما بر میزان ثابت بودن در اتمسفر تأثیر می گذارد، دما با ارتفاع، عرض و فصل متفاوت است. معادله Arrhenius اجازه می دهد تا ثابت های نرخ بهره آزمایشگاهی را به شرایط جوی اضافه کند، به عنوان مثال، واکنش با انرژی فعال سازی بالا در دمای سرد معمول تر از تراپوس، تاثیر می گذارد عمر آئروزول و توزیع جهانی.

اعمال قوانین نرخ برای فرایندهای تشکیل Aerosol

تشکیل Aerosol شامل هر دو فرآیندهای همگن و ناهمگن است.همگی های Homogeneous (شکل ذره جدید) هنگامی رخ می دهد که گونه های گاز از فشار بخار اشباع فراتر می روند.قانون نرخ تورم اغلب پیچیده هستند، شامل ژن های خوشه ای و روش های تنظیم شده توسط قوانین واکنش های Heterogened در سطوح ذرات موجود، مانند جذب اسید نیتریک یا آمونیاک، پیروی از مکانیسم های جذب ثابت لانگو یا مکانیسم های نرخ بهره برداری ثابت، که شامل می شود.

ثانویه سازی مولکولی ارگانیک (SOA)

SOA زمانی شکل می گیرد که ترکیبات آلی فرار (VOCs) برای تولید محصولات کم تحرکی که به مرحله ذره تقسیم می شوند، اکسیداسیون را انجام می دهند.قانون نرخ تشکیل SOA از یک پیش نویس واحد VOC را می توان به عنوان:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱]

این عملکرد بستگی به ساختار شیمیایی VOC و شرایط محیطی دارد. مسیرهای اکسیداسیون چند نسل نیاز به طرح های پیچیده ای دارند.به عنوان مثال، اکسیداسیون α-pinene (یک VOC بیولوژیکی) تولید صدها محصول، هر کدام با غلظت های مختلف است. ثابت برای هر مرحله به صورت تجربی تعیین شده و در مدل هایی مانند مکانیسم شیمیایی کارشناسی ارشد (MCM) برای پیش بینی غلظت توده ای از SOA استفاده می شود.

شکل گیری Aerosolate

سولفات سولفات سولفات در درجه اول از اکسیداسیون دی اکسید گوگرد (SO2) منتشر شده از احتراق زغال سنگ و آتشفشان ها، مسیرهای غالب شامل اکسیداسیون گاز فاز توسط رادیکال های OH و اکسیداسیون فاز توسط هیدروژن پراکسید هیدروژن (H2O2) یا ازن (O3) در قطره های ابر است.

[[ویرایش] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]

در مرحله ی پراتیک، قانون نرخ اکسیداسیون SO2 توسط H2O2 است:

[[۱] [۱۰] = k2 [[۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱

در جایی که k1 و k2 از اندازه گیری های آزمایشگاهی شناخته شده اند، تقسیم این قوانین نرخ به مدل های جوی اجازه می دهد شبیه سازی توزیع سولفات آب و هوا و اثرات آب و هوایی آن را شبیه سازی کند.

مطالعات موردی: اعمال قوانین نرخ به Real-World Aerosol Dynamics Dynamics

شکل گیری ذرات جدید در Free Troposphere

مشاهدات میدانی بر روی جنگل های پرکار نشان می دهد که انفجار ذرات جدید (3-50 nm) که توسط اکسیداسیون مونوترپنها هدایت می شود، اعمال قوانین نرخ از مطالعات اتاق آزمایشگاهی، غلظت عددی ذرات مشاهده شده را در کنار نوکلئوتاسیون و مدل های رشد، به عنوان مثال، میزان تشکیل اولین خوشه های پایدار (اندازه -1 nm) از وابستگی قدرت به غلظت اسید گوگردی جهانی استفاده می کند.

پیری کربن سیاه

کربن سیاه (soot) که از موتورهای دیزل منتشر شده است، در اتمسفر پیر می شود ([۱]، زیرا پوششی از سولفات، نیترات یا ارگانیک را به دست می آورد.میزان پوشش بستگی به غلظت پیش سازهای گازی و سطح موجود دارد: یک قانون نرخ تکامل شبهLT-1 به توصیف فرایند پوشش کمک می کند: / m = جذب ثابت کربن [F]

مفاهیم برای مدل سازی آب و هوا و سیاست کیفیت هوا

نمایندگی دقیق از تشکیل و ساز آئروزول، رشد و حذف در مدل های آب و هوایی نیاز به پارامتر داده های خویشاوندی به عنوان قوانین نرخ، به عنوان مثال، نرخ تشکیل SOA بر عمق نوری پیش بینی شده و رای گیری ذرات، به طور مشابه، و پانل های مربوطه بر تغییرات آب و هوا (IPCC) تأثیر می گذارد.ارزیابی گزارش های وابسته به مدل هایی است که این مدل های کیفیت هوا را شامل می شود (۲.

برنامه ها شامل پیش بینی اثربخشی سیاست های کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است، به عنوان مثال، اگر قانون نرخ برای اکسیداسیون SO2 به خوبی مشخص شود، تنظیم کنندگان می توانند تخمین بزنند که چگونه aerosol سولفات تحت یک هسته انتشار SO2 کاهش می یابد. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده [FLT 1] از چنین مدل هایی در توسعه استانداردهای کیفیت ملی (NAQS) استفاده می کند.

چالش ها و مسیرهای آینده در سیاست های درسی Aerosol

علی رغم پیشرفت، چندین چالش باقی مانده است. بسیاری از واکنش های جوی شامل مخلوط های پیچیده و گونه های واسطه ای است که در آزمایشگاه جدا کردن آن دشوار است.و سرعت واکنش برای تشکیل ناگهانی آلی آلی آلی اغلب با رطوبت نسبی، اسیدیتهاتیک و میزان اکسیداسیون متغیر است - عوامل به طور کامل در قوانین نرخ چند فاز (گاز + مایع جامد) نیاز به مدل های یادگیری مداوم و انتقال مواد شیمیایی به طور همزمان دارند.

مرز دیگر نقش فرآیندهای فتوشیمیایی است. ثابت های سرعت Photolysis برای گونه های آئروزول فاز (به عنوان مثال، کرومووس کربن قهوه ای) بستگی به شدت نور و ترکیب ذرات دارد.اضافه کردن این ها به مدل های پیش بینی های پیری و خواص نوری مانند NASA] A[TINE1، محدودیت های مشاهده ثابت برای طرح های کلیدی، اعتبار سیستم های نرخ شناختی را فراهم می کند.

نتیجه گیری

اعمال قوانین نرخ به یک اتمسفری پل های جنبش های آزمایشگاهی و مدل های ژئوفیزیکی از تشکیل ذرات سولفات به SOA پیری، این روابط کمی دانشمندان را قادر می سازد تا رفتار آئروزول را در شرایط مختلف محیط زیست پیش بینی کنند.من بهبود داده های خویشاوندی باعث کاهش عدم اطمینان در پیش بینی آب و هوا و حمایت از سیاست های کیفیت هوا مبتنی بر شواهد می شود. ادامه تحقیقات در مکانیسم های واکنش، وابستگی های دما، و چند فاز بیشتر درک ما از پویایی جهان را بهبود می دهد.