大气主要污染物与细菌气溶胶在冰核核化过程中的作用:对液滴冻结温度的影响

冰核细菌气溶胶作为有效云凝结核与冰核可能在大气物理与化学过程和气象过程中起重要作用,其核化特性也受大气和云中气溶胶的物理、化学性质的影响.本研究依据Vali均匀液滴冻结实验的原理,采用改进的液滴冻结仪分别测试了大气典型污染物(硫酸铵;一元羧酸(MCA):甲酸和乙酸钠;二元羧酸(DCA):乙二酸和丙二酸)与不同浓度的细菌菌液(冰核活性细菌Pseudominas syringae pv.lachrymans(PS))和非冰核细菌P.syringae pv.panici(PS0))的冻结温度.结果显示:不同浓度的MCA/DCA(50,75,100μmol L-1)和硫酸铵(100,200,300,400μmol L-1)溶液液滴(10μL)的平均冻结温度范围在-17.0～-20.0℃,相比超纯水液滴的冻结温度(-20.6±1.6)℃,典型大气污染物的加入并未显著提升超纯水液滴的冻结温度,而且污染物溶液浓度的改变对冻结温度没有表现出明显的规律性.冰核细菌PS和非冰核细菌菌液PS0与大气主要污染物(乙酸钠、乙二酸和硫酸铵)混合液的液滴冻结温度测试结果发现:这些污染物质不同程度降低了细菌PS与PS0菌液的冻结温度,即使PS在较低浓度下也可促进大气主要污染物乙酸钠的冻结核活性,提高其冻结温度;当浓度增至106cells mL-1时,则能显著改变污染物质的冻结核活性;但未发现PS0有此特性.复合污染物溶液浓度接近当前污染大气水平时,对冰核细菌PS和较高浓度级数(106cells mL-1)的PS0的冻结核活性都显示出了促进效应,表明在当前大气环境条件下,细菌气溶胶确实有可能影响降水过程和气候变化.冰核活性细菌与非活性冰核细菌混合后,只有当冰核细菌浓度级数达到106cells mL-1时,在混合液中才可表现出高效冰核活性.冰核细菌的浓度值是影响其活性的重要因素,使其在溶液中显示高效冰核活性的菌浓度阈值级数是106cells mL-1;本研究结果对于人工影响天气过程中,人工冰核的选择和配比方法优化方面具有一定的科学意义.