[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.45210

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 45, 139–145 (2005)


PARAMETERIZATION OF NEW PARTICLE FORMATION AND GROWTH AT THE PREILA STATION
K. Plauškaitė, R. Kazlauskaitė, J. Andriejauskienė, and V. Ulevičius
Environmental Physics and Chemistry Laboratory, Institute of Physics, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: ulevicv@ktl.mii.lt

Received 28 February 2005

The aerosol formation and subsequent particle growth in the ambient air have been observed at Preila station located in the coastal/marine environment. Submicron aerosol particle number concentrations and size distributions have been measured using a differential mobility particle sizer (ELAS-5Mc). The studied period covers June, July, and August 1997, June 2000, May 2001, and March, June, July, August, September, and October 2002. In this work, we related the nucleation events to atmospheric circulation and local meteorological parameters. Air mass backward trajectories were used to estimate the prehistory of sampled air. Moreover, trace gas (O3, NOx, and SO2) concentrations were analysed. The observed nucleation mode growth, the source rate of condensable material, and the changes of hygroscopic properties during the nucleation and growth events were analysed. The new particle formation rate, condensation and coagulation sinks were calculated. The growth rates varied between 1.2 and 9.9 nm/h. The formation rate was 0.14 cm−3s−1. Such a low value of the formation rate could explain why in Preila there are so few event days. The median condensation sink was 1.5·10−3 s−1, and the vapour source rate was 8.06·104 cm−3s−1.
Keywords: tropospheric aerosol, nucleation, modelling, air mass backward trajectories, meteorological parameters
PACS: 92.70.Cp, 92.20Bk, 92.60.-e


NAUJŲ DALELIŲ SUSIDARYMO IR AUGIMO PREILOS STOTYJE PARAMETRIZACIJA
K. Plauškaitė, R. Kazlauskaitė, J. Andriejauskienė, V. Ulevičius
Fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Preilos aplinkos tyrimų stotyje buvo stebimas aerozolio dalelių susidarymas ir tolesnis jų augimas aplinkos ore. Stebėti trumpi aiškaus jų susidarymo procesai, kurių eigą galima aiškinti intensyviu kai kurių parametrų kitimu. Tokio tipo nukleacija būdinga pajūrio zonoms. Kiekvienam nukleacijos epizodui buvo apskaičiuotas dalelių augimo greitis, naujų dalelių susidarymo sparta, kondensacinis ir koaguliacinis nuotėkiai, įvertinta galinčių kondensuotis garų koncentracija. Augimo greičiai kito nuo 1,2 iki 9,9 nm/h, neįprastai didelės jų vertės buvo gautos tuomet, kai oro masių pernaša buvo vakarų krypties. Tai gali būti susiję su didesne santykine drėgme, galėjusia paspartinti nanometrinių dalelių augimą. Naujų dalelių susidarymo sparta buvo 0,14 cm−3s−1. Tokia maža sparta gali paaiškinti, kodėl Preiloje yra mažas stebimų epizodų kiekis. Didžioji jų dalis susidarė, kai oro masių pernaša buvo iš šiaurės ar šiaurės vakarų. Kondensacinis nuotėkis buvo 1,3·10−3 s−1, o galinčių kondensuotis garų šaltinio sparta – 8,06·104 cm−3s−1. Apskaičiuota, kad koaguliaciniai nuotėkiai 1 nm dalelėms yra didesni, o 3 nm – mažesni. Tai reiškia, kad mažesnės dalelės egzistuoja trumpesnį laiką, nes greičiau koaguliuoja su kitomis aplinkoje esančiomis dalelėmis. Taigi, koaguliacinis nuotėkis gali apibūdinti dalelės gyvavimo trukmę. Vis dėlto santykinai trumpas matavimų laikas nebūtinai atspindi naujų dalelių susidarymo savybes metų sezonais, todėl yra būtini tolimesni tyrimai.


References / Nuorodos


[1] M. Kulmala, H. Vehkamäki, T. Petäjä, M. Dal Maso, A. Lauri, V.-M. Kerminen, W. Birmili, and P.H. Mc-Murry, Formation and growth rates of ultrafine atmospheric particles: A review of observations, Aerosol Science 35, 143–176 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2003.10.003
[2] M. Kulmala, Atmospheric science: How particles nucleate and grow, Science 302, 1000–1001 (2003),
http://dx.doi.org/10.1126/science.1090848
[3] E.D. Nilsson, J. Paatero, and M. Boy, Effects of air masses and synoptic weather on aerosol formation in the continental boundary layer, Tellus 53B, 462–478 (2001),
http://dx.doi.org/10.1034/j.1600-0889.2001.530410.x
[4] K.D. Perry and P.V. Hobbs, Further evidence for particle nucleation in clear air adjacent to marine cumulus clouds, J. Geophys. Res. Atmospheres 99(D11), 22803–22818 (1994),
http://dx.doi.org/10.1029/94JD01926
[5] W.A. Hoppel and G. M. Frick, Submicron aerosol size distributions measured over the tropical and South Pacific, Atmos. Env. 24A(3), 645–660 (1990),
http://dx.doi.org/10.1016/0960-1686(90)90020-N
[6] P.M. Korhonen, M. Kulmala, A. Laaksonen, Y. Viisanen, R. McGraw, and J.H. Seinfeld, Ternary nucleation of H2SO4, NH3, and H2O in the atmosphere, J. Geophys. Res. 104, 26349–26353 (1999),
http://dx.doi.org/10.1029/1999JD900784
[7] R.J. Weber, P.H. McMurry, L. Mauldin, D.J. Tanner, F.L. Eisele, F.J. Brechtel, S.M. Kreidenweis, G.L. Kok, R.D. Schillawski, and D. Baumgardner, A study of new particle formation and growth involving biogenic and trace gas species measured during ACE 1, J. Geophys. Res. 103, 16385–16396 (1998),
http://dx.doi.org/10.1029/97JD02465
[8] A.D. Clarke, D. Davis, V.N. Kapustin et al., Particle nucleation in the tropical boundary layer and its coupling to marine sulfur sources, Science 282(5386), 89–92 (1998),
http://dx.doi.org/10.1126/science.282.5386.89
[9] M. Kulmala, L. Pirjola, and J.M. Mäkelä, Stable sulphate clusters as a source of new atmospheric particles, Nature 404, 66–69 (2000),
http://dx.doi.org/10.1038/35003550
[10] V. Ulevičius, G. Mordas, and K. Plauškaitė, Nucleation events at the Preila environmental research station, Environmental Chem. Phys. 24(2), 38–44 (2002)
[11] M. Kulmala, A. Toivonen, J.M. Mäkelä, and A. Laaksonen, Analysis and growth of the nucleation mode particles observed in Boreal forest, Tellus 50B, 449–462 (1998),
http://dx.doi.org/10.1034/j.1600-0889.1998.t01-4-00004.x
[12] M. Kulmala, Nucleation as an Aerosol Physical Problem, PhD thesis (University of Helsinki, Department of Physics, Helsinki, Finland, 1988)
[13] L. Pirjola, M. Kulmala, M. Wilck, A. Bischoff, F. Stratmann, and E. Otto, Effects of aerosol dynamics on the formation of the sulphuric acid aerosols and cloud condensation nuclei, J. Aerosol Sci. 30, 1079–1094 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0021-8502(98)00776-9
[14] N.A. Fuchs and A.G. Sutugin, Highly dispersed aerosol, in: Topics in Current Aerosol Research, eds. G.M. Hidy and J.R. Brock (Pergamon, New York, 1971),
http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-016674-2.50006-6
[15] N.A. Fuchs, The Mechanics of Aerosols (Pergamon, London, 1964)
[16] J.H. Seinfeld and S.N. Pandis, Atmospheric Chemistry and Physics, from Air Pollution to Climate Change (John Wiley & Sons, New York, 1998),
http://dx.doi.org/10.1063/1.882420
[17] M.D. Allen and O.G. Raabe, Slip correction measurements of spherical solid aerosol particles in an improved Millikan apparatus, Aerosol Sci. Technol. 4, 269–286 (1985),
http://dx.doi.org/10.1080/02786828508959055
[18] http://www.arl.noaa.gov/ready.htm
[19] C. O'Dowd, K. Hämeri, J.M. Mäkelä et al., A dedicated study of new particle formation and fate in the coastal enviroment (PARFORCE); Overview of objectives and achievements, J. Geophys. Res., 107(D19), PAR1 (1–16) (2002),
http://dx.doi.org/10.1029/2001JD000555
[20] K. Plauškaitė, A. Gaman, K.E.J. Lehtinen, G. Mordas, V. Ulevičius, and M. Kulmala, A comparison study of meteorological parameters, trace gases and nucleation events in Preila and Hyytiälä, Environmental Chem. Phys. 25(2), 60–69 (2003)
[21] M. Boy and M. Kulmala, Nucleation events in the continental boundary layer: Influence of physical and meteorological parameters, Atmos. Chem. Phys. 2, 1–16 (2002),
http://dx.doi.org/10.5194/acp-2-1-2002
[22] C.D. O'Dowd, E. Becker, and M. Kulmala, Mid-latitude North-Atlantic aerosol characteristics in clean and polluted air, Atmospheric Research 58, 167–185 (2001),
http://dx.doi.org/10.1016/S0169-8095(01)00098-9