4.3冰核活性

一般來說，在沒有雜質(zhì)的情況下，過冷水滴需要在-38°C及以下的條件下才能凍結(jié)，而冰核顆粒的存在則促進(jìn)了相對(duì)高溫（>-38°C）下的凍結(jié)。大氣中的異質(zhì)冰核能調(diào)節(jié)云的性質(zhì)，并進(jìn)一步影響降水潛力和氣溶膠的間接效應(yīng)。在云滴中，異質(zhì)凍結(jié)可以由特殊的氣溶膠顆粒引發(fā)。與礦物粉塵相比，雖然SSA顆粒作為冰成核顆粒的效率相對(duì)較低，但由于海洋面積較廣，因此最近的許多研究都集中在確定海洋冰核顆粒的來源上，特別是在受粉塵影響不強(qiáng)烈的偏遠(yuǎn)海洋區(qū)域。

當(dāng)SSA被抬升至高山地形和高緯度海洋邊界層時(shí)，則成為相關(guān)的冰核顆粒源，而其中富含的有機(jī)物質(zhì)可作為活性位點(diǎn)或冰核實(shí)體，在其作為INP的能力中發(fā)揮重要作用。已有對(duì)海洋環(huán)境中冰核顆粒活性的研究表明，冰核活性增加可歸因于微生物來源類型或表面活性分子類型，如蛋白質(zhì)或長(zhǎng)鏈脂肪酸。Wilson等提出與浮游植物細(xì)胞滲出物相關(guān)的有機(jī)物質(zhì)可能是南大洋、北太平洋和北大西洋等偏遠(yuǎn)海洋環(huán)境中冰核顆粒的重要來源，這些地區(qū)的表層海水生物活性和風(fēng)速最大。McCluskey等在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)探究了浮游植物藻華過程中生成的SSA的化學(xué)成分與冰核活性之間的關(guān)聯(lián)，其結(jié)果也印證了這一觀點(diǎn)。Demott等的研究也表明，長(zhǎng)鏈脂肪酸是某些海洋冰成核顆粒的主要成分，占釋放冰核顆粒的10%~15%。這些具有表面活性的脂肪酸化合物能夠在接近或低于-30℃的溫度下使冰成核。對(duì)冷凍顆粒殘留成分的分析表明，在-30℃下活躍的INP中，15%~75%主要由脂肪酸顆粒組成。

除此之外，表面活性物質(zhì)在水滴上形成單分子層也可以起到有效的冰核作用。長(zhǎng)鏈醇的單分子層促進(jìn)冰的異質(zhì)成核比相同碳鏈長(zhǎng)度的脂肪酸單分子層更有效。因?yàn)榕c脂肪族羧酸單分子層相比，長(zhǎng)鏈脂肪醇單分子層的二維晶體結(jié)構(gòu)與六邊形冰胚晶格結(jié)構(gòu)匹配更緊密，因此增加了充當(dāng)有效的INP的能力。此外，全氟和多氟烷基物質(zhì)由于其豐富的氟化部分和高氫鍵潛力，可能會(huì)增加其冰成核活性。Schwidetzky等證明了全氟辛酸能夠在混合相云條件和-16℃的溫度下促進(jìn)異質(zhì)冰核的形成，其冰核能力與水氣界面上形成的全氟辛酸單分子層有關(guān)。

5、總結(jié)與展望

國(guó)內(nèi)外關(guān)于表面活性物質(zhì)對(duì)SSA產(chǎn)生及其理化性質(zhì)的影響已經(jīng)開展了較長(zhǎng)時(shí)間的研究，但總結(jié)發(fā)現(xiàn)受表面活性物質(zhì)本身溶解度、離子類型、飽和度等以及環(huán)境條件的影響，對(duì)SSA產(chǎn)量、粒徑分布、吸濕性、CCN活性和冰核活性的影響具有顯著差異，進(jìn)而給揭示表面活性物質(zhì)的氣溶膠化學(xué)效應(yīng)帶來諸多難題和挑戰(zhàn)。目前，對(duì)于全面了解表面活性物質(zhì)對(duì)SSA的影響方面，仍存在許多不足，亟需展開更加全面深入的研究，從而為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)SSA對(duì)區(qū)域和全球氣候變化的貢獻(xiàn)提供支撐。最后，提出以下未來的研究展望：

（1）未來需要將更多的實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)、外場(chǎng)走航觀測(cè)、衛(wèi)星遙感和理論計(jì)算等多手段相結(jié)合，重點(diǎn)研究表面活性物質(zhì)的海氣界面交換以及在SSA中的富集效率，厘清對(duì)SSA產(chǎn)生通量的綜合影響，進(jìn)一步完善基于物理化學(xué)的參數(shù)化方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海氣界面氣溶膠排放通量的精確預(yù)測(cè)。

（2）對(duì)于SSA中更多的表面活性物質(zhì)和不同比例的無機(jī)/有機(jī)混合顆粒的吸濕性還需要進(jìn)一步探究，從而深入認(rèn)識(shí)不同表面活性物質(zhì)類別和含量對(duì)SSA吸濕性的影響。結(jié)合外場(chǎng)觀測(cè)與模型模擬，識(shí)別對(duì)SSA吸濕性起關(guān)鍵作用的表面活性物質(zhì)類別和特征，有助于吸濕性與化合成分的閉合研究。

（3）需要進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)表面活性物質(zhì)的表面—本體分配過程進(jìn)行更詳細(xì)地描述，考慮不同的有機(jī)混合物對(duì)顆粒活化的復(fù)雜影響，以加深對(duì)從新顆粒形成到活化的液滴生長(zhǎng)的全面理解，從而來更精確地評(píng)估表面活性物質(zhì)化學(xué)行為對(duì)SSA的潛在影響，并進(jìn)一步完善和改進(jìn)K?hler理論模型。

（4）有必要對(duì)海洋大氣冰核顆粒濃度進(jìn)行更多的實(shí)地測(cè)量和全球建模研究，并闡明其與風(fēng)速、溫度、有機(jī)碳濃度和葉綠素a等生物和非生物環(huán)境因子的關(guān)系，結(jié)合高分辨質(zhì)譜技術(shù)對(duì)SSA顆粒的表面活性部分進(jìn)行精細(xì)化解析，確定表面活性物質(zhì)對(duì)冰核活性部分及海洋冰核顆粒源的貢獻(xiàn)。