Частицы в дыму лесных пожаров могут снижать качество воздуха и наносить вред здоровью человека. Дымовые аэрозоли также могут влиять на погоду и климат, изменяя формирование облаков и количество солнечной энергии, отражаемой или поглощаемой атмосферой. По сравнению с более крупными частицами, которые напрямую выбрасываются из пожаров, образование и присутствие ультратонких частиц (UFP) ранее игнорировалось, поскольку считалось, что они быстро «поглощаются» более крупными частицами.
Анализируя измерения с самолетов и проводя детальное моделирование моделей, группа исследователей обнаружила, что сверхтонкие частицы были в изобилии в дыме от пожаров растительности в регионе Амазонки, и их образование и выживание были благоприятными. Кроме того, моделирование с высоким разрешением показало, что эти сверхтонкие частицы могут усиливать грозовые облака и сильный дождь. Это исследование углубляет наше понимание того, как пожары растительности производят аэрозоли, которые могут влиять на погоду и изменение климата .
Модели земной системы не рассматривали вторичные UFP, образованные зародышеобразованием и ростом атмосферных компонентов, которые образуются при химическом окислении в дыме от сжигания биомассы, поскольку предыдущее понимание предполагало, что существуют большие потери зародышеобразующих видов в первичных частицах дыма. Вопреки этому пониманию, группа исследователей определила эффективные механизмы зародышеобразования и роста для вторичных UFP, которые производили зародышеобразующие виды в дыме, которые могли бы преодолеть их потери в первичных частицах дыма и тем самым поддерживать зародышеобразование и долгосрочное присутствие многих UFP в дыме.
Ожидается, что эта работа заполнит большой пробел в понимании процесса UFPs и откроет новые горизонты исследований, подчеркивая большие потенциальные воздействия UFPs, которые образуются в дыме от сжигания биомассы, на формирование облаков, развитие дождя, краткосрочные погодные условия и долгосрочные климатические условия, которые ранее игнорировались. Исследование опубликовано в журнале One Earth.
Новое образование частиц в дыме от растительных пожаров считается маловероятным из-за больших стоков конденсации и коагуляции, которые поглощают свежезародившиеся молекулярные кластеры в дыме. Анализируя измерения самолета G-1 дымового трассирующего газа ацетонитрила и распределения размеров частиц, собранных над тропическими лесами Амазонки, многоинституциональная группа исследователей выявила обильные UFP, присутствующие в дыме от свежих растительных пожаров.
Используя детальное региональное моделирование с помощью Weather Research and Forecasting Model, связанной с химией (WRF-Chem), они выявили ключевые механизмы, объясняющие образование UFP в дыме биомассы. Их анализы показывают, что для поддержания наблюдаемых концентраций UFP и преодоления больших потерь зародышеобразующих видов в первичных аэрозолях горения биомассы необходимо включить в модель выбросы диметиламинов (DMA) при горении биомассы.
Кроме того, скорость выбросов ДМА, а также скорость химического производства серной кислоты и крайне низколетучих органических газов в дыме должны быть увеличены пропорционально наблюдаемому распределению размеров частиц в дыме.
Для моделирования воздействия UFP и более крупных частиц в дыме на облака и осадки команда использовала распределение размеров частиц и профили гигроскопичности, смоделированные WRF-Chem, и предоставила их в подробную модель микрофизики облаков, названную WRF со спектральной бинарностью облачной микрофизики. Высокое разрешение WRF со спектральной бинарностью облачной микрофизики моделирования показало, что UFP могут вызывать более сильный шторм с большей наковальней и более сильным дождем, в то время как более крупные частицы, непосредственно выбрасываемые пожарами, задерживают и подавляют дождь.