大氣氣溶膠作為云凝結(jié)核，通過與云的相互作用對(duì)氣候產(chǎn)生影響。氣溶膠活化為云滴，除了取決于氣溶膠的粒徑大小、化學(xué)成分和混合狀態(tài)，更進(jìn)一步地，與氣溶膠的表面張力息息相關(guān)。大氣氣溶膠和云滴中廣泛存在著具有表面活性的有機(jī)物，它們可以減小氣溶膠活化時(shí)的表面張力，降低粒子增長(zhǎng)的能量壁壘，使氣溶膠更容易被活化為云滴，從而增加云滴數(shù)濃度。本次研究結(jié)果表明：有機(jī)物顯著降低了污染大氣中氣溶膠的表面張力。

氣溶膠是指懸浮在氣體中的固體或液體微小顆粒所構(gòu)成的氣態(tài)分散體系。這些微小顆粒的來源廣泛，包括自然源和人為源。在城市環(huán)境中，機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚(yáng)塵等都是氣溶膠的重要來源。氣溶膠的表面張力，則是指氣溶膠顆粒表面層分子間相互作用的力，它決定了氣溶膠顆粒的穩(wěn)定性、分散性和反應(yīng)性。

有機(jī)物作為城市大氣中的重要組成部分，對(duì)氣溶膠表面張力具有顯著的影響。研究表明，一些具有表面活性的有機(jī)物能夠吸附在氣溶膠顆粒表面，形成一層有機(jī)膜，從而改變氣溶膠顆粒的表面性質(zhì)。這層有機(jī)膜能夠降低氣溶膠顆粒的表面張力，使其更易于分散在大氣中，同時(shí)也增加了氣溶膠顆粒與其他物質(zhì)的反應(yīng)活性。

然而，目前表面張力的測(cè)定主要局限于實(shí)驗(yàn)室直接測(cè)量法和熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算法，針對(duì)的是特定粒徑大小和已知化學(xué)成分的氣溶膠粒子。外場(chǎng)試驗(yàn)中氣溶膠表面張力的測(cè)量不屬于常規(guī)觀測(cè)項(xiàng)目，因此環(huán)境大氣中有機(jī)物對(duì)表面張力的貢獻(xiàn)沒有得到很好的量化。在本研究中，我們提出了一種將外場(chǎng)觀測(cè)與κ-K?hler理論相結(jié)合的方法來推導(dǎo)表面張力。利用云凝結(jié)核活化和吸濕增長(zhǎng)因子的外場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們推導(dǎo)了不同活化粒徑的氣溶膠表面張力。該方法不需要對(duì)表面張力直接測(cè)量，同時(shí)保留了與直接測(cè)量相當(dāng)?shù)臏y(cè)量誤差。同時(shí)，該方法也不需要預(yù)先知道氣溶膠的化學(xué)成分。

基于這種方法，我們計(jì)算了中國北京市2016年冬季外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)中采集的城市氣溶膠的表面張力。結(jié)果表明，有機(jī)物顯著降低了污染大氣中氣溶膠的表面張力。活化干粒徑約為40 nm的粒子平均表面張力為53.8 mN m-1，遠(yuǎn)低于純水的表面張力（72.0 mN m-1），而粒徑達(dá)到100 nm的粒子顯示出接近純水的表面張力值（圖1）。

我們進(jìn)一步比較了這次外場(chǎng)觀測(cè)中，城市氣溶膠所含有機(jī)物與各類已知化學(xué)成分的有機(jī)物造成的表面張力降低與有機(jī)物濃度的依賴關(guān)系，即Szyszkowski-Langmuir（S-L）曲線。結(jié)果表明，城市氣溶膠中隨表面活性有機(jī)物濃度增加導(dǎo)致表面張力降低的程度最接近二羧酸的依賴曲線。二羧酸在城市大氣氣溶膠中含量豐富，來源為人為源和生物源揮發(fā)性有機(jī)物的氧化降解，依此推測(cè)二羧酸在降低城市氣溶膠表面張力方面起著關(guān)鍵作用（圖2）。

研究進(jìn)一步表明，忽略表面張力降低效應(yīng)將導(dǎo)致在云中典型過飽和度范圍內(nèi)（0.23%-0.76%）超細(xì)云凝結(jié)核（直徑<100 nm）的數(shù)濃度降低6.8%-42.1%。綜上所述，本研究提供了有機(jī)物降低城市氣溶膠表面張力的新證據(jù)，表面張力的降低將增加云凝結(jié)核的數(shù)量，從而影響云和氣候（圖3）。

云凝結(jié)核活化和吸濕增長(zhǎng)因子的外場(chǎng)觀測(cè)在全球均有開展，我們的方法可以應(yīng)用于這些外場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)以推測(cè)各種真實(shí)大氣環(huán)境下氣溶膠粒子的表面張力。需要注意的是，該方法需要在一定的前提下使用。該方法假設(shè)了吸收增長(zhǎng)因子在氣溶膠吸收水分的過程中變化很小，因此表面張力的變化是影響氣溶膠活化的主導(dǎo)因素。本次外場(chǎng)觀測(cè)中未飽和情況下的吸濕增長(zhǎng)因子（）與飽和情況下的吸濕增長(zhǎng)因子（）比較接近，因此可以用推測(cè)表面張力。然而，吸濕增長(zhǎng)因子隨相對(duì)濕度增加可能會(huì)發(fā)生變化，原因包括溶液的非理想性、二次有機(jī)氣溶膠的逐漸溶解、表面活性有機(jī)物的表體分配等。要全面考慮這些因素的影響，我們必須依賴具有表面張力和吸濕增長(zhǎng)因子同步變化的熱力學(xué)模型進(jìn)行更深入的探討。

同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)有機(jī)物降低氣溶膠表面張力帶來的挑戰(zhàn)，我們需要采取一系列有效的措施。首先，加強(qiáng)大氣污染源的控制和治理，減少機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)排放等有機(jī)物的排放。其次，開展針對(duì)氣溶膠表面張力的研究，深入了解其影響因素和機(jī)制，為環(huán)境管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。此外，加強(qiáng)公眾的環(huán)保意識(shí)和參與度，推動(dòng)形成全社會(huì)共同參與、共同治理的環(huán)境保護(hù)格局。