大氣氣溶膠作為云凝結(jié)核，通過與云的相互作用對氣候產(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物，它們可以減小氣溶膠活化時的表面張力，降低粒子增長的能量壁壘，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，機動車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚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。

有機物作為城市大氣中的重要組成部分，對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物能夠吸附在氣溶膠顆粒表面，形成一層有機膜，從而改變氣溶膠顆粒的表面性質(zhì)。這層有機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，目前表面張力的測定主要局限于實驗室直接測量法和熱力學(xué)、統(tǒng)計或經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎惴ǎ槍Φ氖翘囟酱笮『鸵阎瘜W(xué)成分的氣溶膠粒子。外場試驗中氣溶膠表面張力的測量不屬于常規(guī)觀測項目，因此環(huán)境大氣中有機物對表面張力的貢獻沒有得到很好的量化。在本研究中，我們提出了一種將外場觀測與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)核活化和吸濕增長因子的外場觀測數(shù)據(jù)，我們推導(dǎo)了不同活化粒徑的氣溶膠表面張力。該方法不需要對表面張力直接測量，同時保留了與直接測量相當?shù)臏y量誤差。同時，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，我們計算了中國北京市2016年冬季外場觀測試驗中采集的城市氣溶膠的表面張力。結(jié)果表明，有機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，遠低于純水的表面張力（72.0 mN m-1），而粒徑達到100 nm的粒子顯示出接近純水的表面張力值（圖1）。

我們進一步比較了這次外場觀測中，城市氣溶膠所含有機物與各類已知化學(xué)成分的有機物造成的表面張力降低與有機物濃度的依賴關(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)性有機物的氧化降解，依此推測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)核活化和吸濕增長因子的外場觀測在全球均有開展，我們的方法可以應(yīng)用于這些外場觀測數(shù)據(jù)以推測各種真實大氣環(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。本次外場觀測中未飽和情況下的吸濕增長因子（）與飽和情況下的吸濕增長因子（）比較接近，因此可以用推測表面張力。然而，吸濕增長因子隨相對濕度增加可能會發(fā)生變化，原因包括溶液的非理想性、二次有機氣溶膠的逐漸溶解、表面活性有機物的表體分配等。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因子同步變化的熱力學(xué)模型進行更深入的探討。

同時，為了應(yīng)對有機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，加強大氣污染源的控制和治理，減少機動車尾氣、工業(yè)排放等有機物的排放。其次，開展針對氣溶膠表面張力的研究，深入了解其影響因素和機制，為環(huán)境管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。此外，加強公眾的環(huán)保意識和參與度，推動形成全社會共同參與、共同治理的環(huán)境保護格局。