华盛顿大学的科学家在大气层中发现了一种新的粒子形成过程，即平流层和对流层空气混合的过程，揭示了以往理论的重大转变，并有望推动气候建模的发展。我们可以把我们的大气层想象成一个大的化学装置，一个由气态分子和粒子组成的全球搅动器，它们以复杂的方式不断地相互碰撞和变化。虽然微粒非常小，通常还不到头发丝粗细的 1%，但它们却有着巨大的影响。例如，微粒是云滴的种子，微粒的丰富程度会改变云的反射率和数量、降雨量和气候。

现在，圣路易斯华盛顿大学的研究人员在天空中发现了一些新的东西，这是一种产生地球大气中大部分粒子的机制。

这项发表在《科学》（Science）杂志上的研究由华盛顿大学气溶胶科学与工程中心主任、教授王健领导。研究小组成员包括华盛顿大学麦凯威工程学院能源、环境和化学工程系助理教授 Lu Xu，以及来自美国国家航空航天局（NASA）、国家海洋和大气管理局（NOAA）、国家大气局（NCA）和欧洲大学的科学家。

传统的观点认为，大部分微粒的形成都发生在云层外流区域，云层会漂浮到对流层上部并最终蒸发。在这一过程中，云被拧干，大部分粒子被雨水带走。因此，外流区的空气清澈洁净，一些气态分子无处可去，只能形成新的微粒。

王说："然而，利用美国国家航空航天局（NASA）全球尺度飞机测量收集到的数据，我们发现大多数新粒子并不像以前认为的那样是在外流区域形成的。"

在对这一令人惊讶的观测结果百思不得其解的同时，王健及其同事最终发现，当平流层和对流层空气混合，形成粒子的条件成熟时，会发生一种完全不同的机制。

"由于喷射气流的蜿蜒流动，平流层空气经常会在对流层中下降。富含臭氧的平流层空气和更潮湿的对流层空气混合后，会产生高浓度的羟基自由基（OH），羟基自由基是一种重要的氧化剂，有助于产生核化和形成新粒子的分子类型。我们发现这种现象在全球范围内普遍存在，而且很可能比云外流中的粒子形成更为频繁。"

未来还需要进行实地观测和建模研究以确认和进一步量化这一新发现的粒子形成机制的重要性。显然，人类以空气污染的形式产生了自己的粒子，但王表示，这项研究发现的是一个自然过程，它发生在全球各地，甚至是偏远的原始地区。

还有一些证据表明，在未来的气候中，平流层空气将更频繁地进入对流层，因此这一机制可能会变得更加重要，将这一以前未知的过程包括在内可以改进气候模型，有助于更好地模拟气候变化和预测未来气候。

王说："虽然我们起初对这一观测结果感到困惑，但当我们把所有东西综合起来之后，就不那么令人惊讶了。众所周知，形成新粒子的分子是通过大气中的氧化作用产生的。当平流层和对流层空气混合时，OH 浓度非常高，这就为粒子的形成提供了条件。"

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1126/science.adn2961