The Dynamic Model for Aerosol Nucleation (DMAN) is a model which simulates nucleation, gas-phase chemistry, coagulation and condensation/evaporation for a multi-component atmospheric aerosol population. We developed an updated version of DMAN which includes the condensation of organic vapors on nanoparticles, using the recently developed Volatility Basis Set framework, and simulates the gas phase chemistry using the chemical mechanism SAPRC-99. The simulations were performed for two locations with different organic sources; Hyytiala (Finland) and Finokalia (Greece). Initially, we compared the results of the extended DMAN model with the old version which does not include the condensation of organics. The condensation of organics neglecting the Kelvin effects resulting in an approximate doubling of the growth rate of new particles. The number predicted concentration of particles above 3 nm (N3) and 100 (N100) increased at both locations. The increase of surface tension decreased dramatically the growth rate and the diameter that the new particles reached. The predicted concentration of N100 decreased at Hyytiala but increased at Finokalia, while the concentration of N3 decreased in both locations.
Condensation of semi-volatile organic vapors, assuming realistic values of the organic surface energy, cannot explain the observed growth rates in Hyytiala during typical nucleation events. The simulations with production and condensation of low-volatility organics and a surface tension of 0.025 N m-1 indicate that the model can reproduce well the field measurements. The addition of chemical aging reactions converting semi-volatile organic aerosol (OA) to low volatility compounds helped the model to better reproduce the observed growth of the fresh particles. At Hyytiala, the organics are the major components during the growth process of new particles. The low-volatility secondary OA helps the growth initially, but after a few hours most of the growth is due to semi-volatile secondary OA components. At Finokalia, the simulation shows that the organic components have a complementary role for the growth contributing 45% of the total mass of new particles. / Το Δυναμικό Μοντέλο Πυρηνογένεσης Σωματιδίων (DMAN) είναι ένα μοντέλο το όποιο προσομοιώνει την πυρηνογένεση, την χημεία στην αέρια φάση, την συσσωμάτωση και την συμπύκνωση/εξάτμιση για ένα πολυσυστατικό πληθυσμό σωματιδίων. Εμείς αναπτύξαμε μια ανανεωμένη έκδοση του DMAN, το όποιο περιλαμβάνει και την συμπύκνωση των οργανικών ατμών πάνω στα νανοσωματίδια, χρησιμοποιώντας την πρόσφατη προσέγγιση Volatility Basis Set και προσομοιώνοντας την αέρια χημεία με την χρήση του χημικού μηχανισμού SAPRC-99. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν για δυο τοποθεσίες με διαφορετικές πήγες οργανικών: Hyytiala (Φινλανδία) και Φινοκαλιά (Ελλάδα). Αρχικά, εμείς συγκρίναμε τα αποτελέσματα του εκτεταμένου DMAN μοντέλου με την παλιά έκδοση, η όποια δεν περιλαμβάνει την συμπύκνωση των οργανικών. Η συμπύκνωση των οργανικών παραμελώντας το Kelvin effect έχει σαν αποτέλεσμα τον διπλασιασμό του ρυθμού ανάπτυξης των νέων σωματιδίων. Η προβλεπόμενη συγκέντρωση αριθμού των σωματιδίων πάνω από 3 nm (N3) και 100 (N100) αυξήθηκε και στις δύο τοποθεσίες. Η αύξηση της επιφανειακής τάσης μειώνει δραματικά το ρυθμό ανάπτυξης και την διάμετρο που φτάνουν τα νέα σωματίδια. Η προβλεπόμενη συγκέντρωση των N100 μειώθηκε στη Hyytiala αλλά αυξήθηκε στην Φινοκαλιά, ενώ η συγκέντρωση του Ν3 μειώθηκε και στις δύο περιοχές.
Η συμπύκνωση των ημι-πτητικών οργανικών ατμών, θεωρώντας ρεαλιστικές τιμές της επιφανειακής ενέργειας των οργανικών ατμών, δεν μπορεί να εξηγήσει το παρατηρούμενο ρυθμό ανάπτυξης στην Hyytiala κατά τη διάρκεια μιας τυπικής μέρας με πυρηνογένεση. Οι προσομοιώσεις με παραγωγή και συμπύκνωση οργανικών με χαμηλή πτητικότητα και επιφανειακή τάση 0.025 N m-1 δείχνουν ότι το μοντέλο μπορεί να αναπαράγει καλά τις μετρήσεις πεδίου. Η προσθήκη των χημικών αντιδράσεων γήρανσης μετατρέπουν τα ημι-πτητικά οργανικά αεροζόλ (ΟΑ) σε ενώσεις με χαμηλή πτητικότητα, αυτές βοηθούν το μοντέλο να αναπαράγει καλύτερα την παρατηρούμενη ανάπτυξη των φρέσκων σωματιδίων. Στην Hyytiala, τα οργανικά είναι τα κύρια συστατικά κατά τη διαδικασία της ανάπτυξης νέων σωματιδίων. Τα χαμηλής πτητικότητας δευτερογενή ΟΑ βοηθά στην ανάπτυξη αρχικά, αλλά μετά από μερικές ώρες το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης οφείλεται στα ημι-πτητικά δευτερογενή ΟΑ. Στη Φινοκαλιά, η προσομοίωση δείχνει ότι τα οργανικά συστατικά έχουν ένα συμπληρωματικό ρόλο για την ανάπτυξη συμβάλλοντας 45% της συνολικής μάζας των νέων σωματιδίων.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/7291 |
| Date | 30 April 2014 |
| Creators | Πατουλιάς, Δαυίδ |
| Contributors | Πανδής, Σπύρος, Patoulias, David, Μαυραντζάς, Βλάσης, Τσαμόπουλος, Ιωάννης |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | English |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.1409 seconds