城市PM2.5的日变化粘度受环境因素限制的特性及其对全球大城市N2O5吸收的影响

《Environmental Science & Technology》：Field-Constrained Diurnal Viscosity Variability of Urban PM2.5 and Implications for N2O5 Uptake across Global Megacities

　　

摘要

气溶胶相状态控制着凝结相的扩散和异质反应性，然而关于城市空气中PM_2.5的粘度特性仍知之甚少。在本文中，我们利用 poke-and-flow 技术结合流体动力学模拟，量化了2024年夏季在韩国安山收集到的 PM_2.5的相对湿度（RH）依赖性粘度。结果表明：当相对湿度约为20–40%时，PM_2.5的粘度范围为6.2 × 10⁴ 至 1.3 × 10⁷ Pa·s；而当相对湿度低于10%时，粘度超过10⁸ Pa·s。通过整合安山的数据集以及此前来自首尔和北京的 PM_2.5粘度数据，我们利用 Vogel–Tammann–Fulcher 框架推导出一个统一的温度–相对湿度参数化模型，并通过机器学习方法将其应用于2023年9月至2024年8月期间14个全球大城市的每小时气象数据。预测结果显示，在所有城市中，PM_2.5的粘度夜间普遍低于白天，这一现象主要是由于相对湿度导致的分散作用超过了夜间温度降低的影响。尽管这些预测基于24小时内的 PM_2.5成分数据，因此没有考虑气溶胶化学成分的时变变化。将粘度依赖性的 N₂O₅ 扩散性纳入电阻模型后，得到的平均夜间 N₂O₅ 吸收系数约为0.01–0.07，比传统的液体颗粒假设值0.1低一个数量级。不过，由于粘度测量的误差和参数化假设的不确定性，这些结果仍存在较大偏差。这些表明，通过对现场采集的 PM_2.5进行粘度测量，可以更准确地评估与夜间 N₂O₅ 反应性和城市大气中硝酸盐形成相关的日变化气溶胶相条件。