二次有机气溶胶（Secondary Organic Aerosol，SOA）是大气颗粒物的重要组成部分，对空气质量、人体健康和气候变化具有重要影响。近年来研究表明，液相转化生成的SOA（aqSOA）对SOA的收支有重要贡献。云滴是大气中常见的液相体系之一，为大气化学反应提供了大量反应介质。然而目前对于云滴中aqSOA的分子组成及形成机制认识仍不清楚。在复杂大气物理和化学过程耦合的背景下，云内有机气溶胶（OA）的浓度和组成呈现出快速动态变化的特征，且OA化学组成复杂，物种数量繁多，这些对云内化学过程的观测提出了很大挑战。
我系赵德峰教授课题组于2024年5月，在位于浙江省武义县的中国科学院大气物理研究所大气边界层顶生态环境上黄观测站，利用在线萃取式电喷雾电离飞行时间质谱仪（EESI-TOF-MS）开展了高时间分辨率的分子水平OA组成的观测，跟踪云中aqSOA，共识别出2000余种OA分子式。上黄观测站位于山顶，海拔为1128米，常被云层包围，是研究云化学过程的理想地点（图1）。此次外场观测期间，研究对云滴残留（云滴干燥后的样品，CDR）、间隙粒子（云中未活化的粒子，INT）和无云气溶胶（CF）进行切换采集，并在线测量OA的分子组成。在选取的4个代表性云过程（CE1至CE4）中，通过对时间上相邻的云滴残留和无云气溶胶开展小时量级对比分析，发现CHON的占比在云滴残留中显著升高（图2），且部分CHON分子的O/N≥3，表明云中的液相转化过程可促进CHON生成。
云滴残留中OA相比无云气溶胶，具有更高的碳数、氧数、氮数（图3）和更高的分子质量。从分子水平角度表明增殖反应（Accretion reactions，分子量增大的反应）对云中液相转化有重要贡献。而增殖反应能够降低OA的挥发性，增大OA质量浓度，影响云蒸发后气溶胶的粒径分布，以及气溶胶寿命、氧化态、粘度、吸湿性等理化性质，进而影响成云和辐射强迫。此外，研究筛选出39种在云中信号显著升高的OA分子，可为今后研究识别aqSOA提供参考。未来可将增殖反应对aqSOA的贡献加入模式，优化对SOA质量浓度和气候效应的模拟。值得注意的是，由于云过程中OA组分浓度始终处于快速动态变化中（图4），因此有必要开展高时间分辨率的分子水平的观测，尤其是在湿润和云雾频繁出现的地区，这类观测将有助于更深入理解云过程中OA的转化特征和相关机制。
该项研究通过对云滴的高时间分辨率的分子水平观测，从分子水平证实云中液相转化促进CHON生成，揭示了增殖反应对云中液相反应有重要贡献，为未来研究识别aqSOA提供了可能的示踪物，也为后续相关观测研究的发展方向和模式对SOA的模拟优化提出了建议。相关研究已于2026年2月发表于《Atmospheric Chemistry and Physics》。我系博士生金亚里为论文的第一作者，赵德峰教授为通讯作者，合作作者包括北京大学陈琦研究员、中科院大气物理所孙业乐研究员、潘小乐研究员、徐惟琦副研究员和中科院广州地化所张国华研究员等。该项研究得到了国家自然科学基金项目、上海基础研究特区计划和Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”的项目资助。
图1 |上黄观测站位置。（a）地图；（b）采样点照片。
图2 | CE1至CE4中云前气溶胶、CDR、INT和云后气溶胶的三类OA，即CHO、CHON和Others在各类型样品总信号中的占比。其中Others包括CHONS、CHOS、CHN、CHS、CHNS和CHOSi。
图3 | OA的碳氧分布和碳氮分布。（a）（b）分别为CE2和CE3的碳氧分布，（c）（d）分别为CE2和CE3的碳氮分布。横轴为碳数，纵轴为CDR与CF的OA分子信号相对贡献之差。正值表示在CDR中信号更显著的分子特征，负值表示在CF中信号更显著的分子特征。分子信号分别归一化至CDR和CF中有机物信号之和。
图4 |云过程中典型OA分子的时间序列：羧酸例如C2H2O4、C6H12O6、含氮物质例如C7H12N2和C12H23N。其中CDR、INT和CF分别用蓝色、紫色和灰色阴影表示。时间序列中的间断代表EESI-ToF-MS测量的背景时段，在图中未显示。
论文信息：
Jin, Y., Luo, H., Tang, S., Xue, S., Nie, C., Peng, X., Zheng, Y., Xu, W., Zhang, G., Pan, X., Sun, Y., Chen, Q., Liu, L., and Zhao, D.: Molecular composition and processing of aqueous secondary organic aerosol in clouds at a mountain site in southeastern China, Atmos. Chem. Phys., 26, 2813–2830, https://doi.org/10.5194/acp-26-2813-2026, 2026.
