基于实验的评估与优化：异戊二烯环氧二醇形成二次有机气溶胶的区域尺度建模参数化

《ACS ES&T Air》：Regional-Scale Modeling Parameterizations for Secondary Organic Aerosol Formation from Isoprene Epoxydiols: Experimentally Based Evaluation and Optimization

异戊二烯环氧物（IEPOX）与硫酸盐气溶胶反应生成二次有机气溶胶（SOA）的过程中，CMAQ模型因忽略相分离、低估吸湿增长等因素导致预测偏差。通过实验测定2-甲基三醇（2-MT）及其硫酸盐（2-MTS）生成速率，优化模型参数：相分离、有机扩散系数（2×10^-16 m2/s）、酸度及吸湿增长系数，使NMB从1.63降至0.077，显著提升SOA预测精度。研究证实气溶胶混合状态、尺寸动力学及吸湿特性对模型精度至关重要。

　　

异戊二烯是一种从阔叶林中释放出的丰富挥发性有机化合物。在低浓度的一氧化氮条件下，异戊二烯会发生光化学氧化，形成气相异戊二烯环氧二醇（IEPOX）。在酸化的硫酸盐气溶胶存在下，IEPOX会促进二次有机气溶胶（SOA）的形成。在区域尺度模型（如社区多尺度空气质量模型（CMAQ）中，对IEPOX-SOA的预测存在不确定性，这主要是由于对气溶胶均匀性的假设、对水吸收（吸湿性）的低估以及气溶胶表面积的估算不准确所致。我们利用实验测得的IEPOX-SOA示踪物——2-甲基丁醇（2-MT）和2-甲基丁醇硫酸盐（2-MTS）的数据，这些物质是在初始IEPOX与无机硫酸盐比例为1–10.5、相对湿度约为50%的条件下形成的，来限定关键参数：相分离、有机壳层扩散率（D_org）、酸度、吸湿性增长、质量适应性和反应动力学。CMAQ模型的基础参数化设置高估了实验结果，平均归一化偏差（NMB_average）为1.63。而考虑相分离效应的CMAQ模型则低估了IEPOX-SOA的形成（NMB_average = ?0.71）。通过调整模型参数（将D_org增加到2 × 10^–16 m²s^–1，并提高反应速率常数k_2-MT至1 × 10^–3 M² s^–1、k_2-MTS至8.83 × 10^–3 M² s^–1），CMAQ模型的性能得到了优化（NMB_average = 0.077）。优化后的模型通过引入实验得到的吸湿性增长速率，更准确地反映了气溶胶表面积的变化。我们的研究强调了气溶胶混合状态（均匀 vs 相分离）、气溶胶粒径动态以及吸湿性增长在模拟IEPOX的异质性反应过程中的重要性。