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快速去除二甲基硫的氧化产物限制了海洋大气中 SO 和云凝结核的产生。

Rapid cloud removal of dimethyl sulfide oxidation products limits SO and cloud condensation nuclei production in the marine atmosphere.

机构信息

Department of Chemistry, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI 53706.

Department of Earth, Ocean, and Atmospheric Science, Florida State University, Tallahassee, FL 32306.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Oct 19;118(42). doi: 10.1073/pnas.2110472118.

Abstract

Oceans emit large quantities of dimethyl sulfide (DMS) to the marine atmosphere. The oxidation of DMS leads to the formation and growth of cloud condensation nuclei (CCN) with consequent effects on Earth's radiation balance and climate. The quantitative assessment of the impact of DMS emissions on CCN concentrations necessitates a detailed description of the oxidation of DMS in the presence of existing aerosol particles and clouds. In the unpolluted marine atmosphere, DMS is efficiently oxidized to hydroperoxymethyl thioformate (HPMTF), a stable intermediate in the chemical trajectory toward sulfur dioxide (SO) and ultimately sulfate aerosol. Using direct airborne flux measurements, we demonstrate that the irreversible loss of HPMTF to clouds in the marine boundary layer determines the HPMTF lifetime ( < 2 h) and terminates DMS oxidation to SO When accounting for HPMTF cloud loss in a global chemical transport model, we show that SO production from DMS is reduced by 35% globally and near-surface (0 to 3 km) SO concentrations over the ocean are lowered by 24%. This large, previously unconsidered loss process for volatile sulfur accelerates the timescale for the conversion of DMS to sulfate while limiting new particle formation in the marine atmosphere and changing the dynamics of aerosol growth. This loss process potentially reduces the spatial scale over which DMS emissions contribute to aerosol production and growth and weakens the link between DMS emission and marine CCN production with subsequent implications for cloud formation, radiative forcing, and climate.

摘要

海洋向大气中排放大量的二甲基硫(DMS)。DMS 的氧化导致云凝结核(CCN)的形成和生长,从而对地球的辐射平衡和气候产生影响。定量评估 DMS 排放对 CCN 浓度的影响,需要详细描述在气溶胶粒子和云的存在下 DMS 的氧化过程。在未污染的海洋大气中,DMS 被有效地氧化为过羟甲基硫代甲酸盐(HPMTF),这是硫(SO)和最终硫酸盐气溶胶化学转化途径中的一种稳定中间体。利用直接的机载通量测量,我们证明了海洋边界层中 HPMTF 不可逆地向云的损失决定了 HPMTF 的寿命(<2 小时),并终止了 DMS 向 SO 的氧化。当在全球化学输送模型中考虑 HPMTF 云的损失时,我们表明全球范围内 DMS 产生的 SO 减少了 35%,海洋表面(0 到 3 公里)的 SO 浓度降低了 24%。这种对挥发性硫的以前未被考虑的大量损失过程加速了 DMS 向硫酸盐转化的时间尺度,同时限制了海洋大气中新粒子的形成,并改变了气溶胶生长的动力学。这个损失过程可能会减少 DMS 排放对气溶胶产生和生长的空间尺度,并削弱 DMS 排放与海洋 CCN 产生之间的联系,从而对云形成、辐射强迫和气候产生后续影响。

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