[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