北极海域二甲基硫排放与大气氧化剂的协同效应对新粒子形成的调控机制

本研究通过十年期北极实地观测与源-受体模型，揭示了浮游植物生长期DMS（二甲基硫）排放与MSA（甲基磺酸）、新粒子形成（NPF）事件的强关联性，阐明海冰类型（首年冰）和太阳辐射驱动的OH/BrO氧化效率是DMS转化为气溶胶的关键调控因子，为北极变暖背景下生物源硫粒子-云辐射反馈机制提供重要依据。

　　

【研究背景】
北极正经历全球最快的变暖速率，这片冰雪覆盖的海洋却暗藏着一个鲜为人知的气候调节者——浮游植物。这些微小生物通过降解DMSP（二甲基磺基丙酸酯）释放出二甲基硫（DMS），而DMS的大气氧化产物可能影响云的形成，进而调控地球能量平衡。自1987年CLAW假说提出以来，科学家们一直在探索这条从海洋到云层的复杂链条。然而，北极独特的海冰动态（如首年冰替代多年冰）和快速变化的光化学条件，使得DMS氧化路径与粒子形成效率充满不确定性。更棘手的是，现有研究难以直接证实生物源DMS排放与气溶胶形成的因果关系，这严重制约了我们对北极气候反馈机制的预测能力。

【研究方法】
韩国极地研究所等机构联合团队在北极斯瓦尔巴群岛（78.9°N）开展了2010-2019年的大气观测，通过Zeppelin观测站同步监测气相DMS、PM₁₀中的MSA及气溶胶粒径分布。结合卫星遥感数据与源-受体模型，研究人员量化了不同海冰-海洋体系（格陵兰海/巴伦支海）中DMS氧化效率的时空差异，并利用氯离子示踪法排除人为硫干扰。关键创新在于建立了DMS排放热点区域的反向轨迹分析（CWT模型），首次揭示了OH自由基（太阳辐射驱动）与BrO（首年冰释放）对DMS转化路径的选择性调控。

【研究结果】

1. 季节性DMS氧化动力学
   浮游植物生长期（4-9月）被划分为三个阶段：预爆发期（DOY90-110）、爆发期（DOY110-150）和后期（DOY150-270）。MSA_CWT/DMS_CWT转化率在爆发期比后期高60%，证实光照增强通过提升OH浓度促进DMS→MSA路径。

2. 海冰类型的化学开关效应
   首年冰覆盖区BrO浓度是多年冰区的3.2倍，促使DMS通过H摘除路径优先生成SO₂而非MSA。这种"化学开关"解释了为何巴伦支海（首年冰主导）的硫粒子产率低于格陵兰海（开阔水域）。

3. 气候变暖的正反馈环路
   卫星数据显示，2003-2020年北极首年冰面积每减少10%，邻近海域DMS通量增加7.8%。模型预测到2100年，DMS氧化产物导致的云凝结核（CCN）浓度可能上升23-41%，形成"变暖→冰退→DMS↑→CCN↑→云反照率变化"的闭环。

【结论与意义】
该研究首次在北极验证了DMS排放-氧化-成核的级联反应受海冰光化学耦合调控，突破性地量化了首年冰通过卤素化学对硫循环的"刹车效应"。随着年轻海冰扩张和浮游生物活动加剧，北极可能正在孕育一个未被充分认识的生物地球化学加速器——其产生的硫粒子或将成为继黑碳之后又一个关键的气候强迫因子。论文发表于《Environmental Research》的这项成果，为下一代地球系统模型中北极气溶胶-云相互作用参数化提供了观测约束，也为评估"海洋-冰冻圈-大气"三联体耦合效应设立了新基准。