On formation, growth and concentrations of air ions

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-5822-48-9
Title: On formation, growth and concentrations of air ions
Author: Hirsikko, Anne
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Division of Atmospheric Sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Aerosol particles have effect on climate, visibility, air quality and human health. However, the strength of which aerosol particles affect our everyday life is not well described or entirely understood. Therefore, investigations of different processes and phenomena including e.g. primary particle sources, initial steps of secondary particle formation and growth, significance of charged particles in particle formation, as well as redistribution mechanisms in the atmosphere are required. In this work sources, sinks and concentrations of air ions (charged molecules, cluster and particles) were investigated directly by measuring air molecule ionising components (i.e. radon activity concentrations and external radiation dose rates) and charged particle size distributions, as well as based on literature review. The obtained results gave comprehensive and valuable picture of the spatial and temporal variation of the air ion sources, sinks and concentrations to use as input parameters in local and global scale climate models. Newly developed air ion spectrometers (Airel Ltd.) offered a possibility to investigate atmospheric (charged) particle formation and growth at sub-3 nm sizes. Therefore, new visual classification schemes for charged particle formation events were developed, and a newly developed particle growth rate method was tested with over one year dataset. These data analysis methods have been widely utilised by other researchers since introducing them. This thesis resulted interesting characteristics of atmospheric particle formation and growth: e.g. particle growth may sometimes be suppressed before detection limit (~ 3 nm) of traditional aerosol instruments, particle formation may take place during daytime as well as in the evening, growth rates of sub-3 nm particles were quite constant throughout the year while growth rates of larger particles (3-20 nm in diameter) were higher during summer compared to winter. These observations were thought to be a consequence of availability of condensing vapours. The observations of this thesis offered new understanding of the particle formation in the atmosphere. However, the role of ions in particle formation, which is not well understood with current knowledge, requires further research in future.Aerosolihiukkaset vaikuttavat ilmastoon suorasti sirottamalla ja absorboimalla auringon valoa, sekä epäsuorasti muodostamalla pilvipisaroita ja vaikuttamalla pilvien ominaisuuksiin. Tämän hetkisen tiedon mukaan aerosolihiukkasten vaikutus ilmastoon on viilentävä. Aerosolihiukkaset vaikuttavat myös ilman laatuun ja ihmisten terveyteen. On siis tarpeen tutkia mistä ja miten näitä hiukkasia muodostuu, kasvaa ja poistuu ilmakehässä, jotta voisimme paremmin arvioida aerosolihiukkasten vaikutusta jokapäiväiseen elämäämme. Tässä työssä saimme laajan käsityksen ilman ionien (varattuja molekyylejä, klustereita ja hiukkasia) lähteiden, nielujen ja pitoisuuksien ajallisesta ja paikallisesta vaihtelusta. Tässä työssä tutkittiin myös hiukkasten muodostumista ja kasvua ilmakehässä uusilla mittalaitteilla. Näin ollen työssä kehitettiin analyysimenetelmä varattujen hiukkasten muodostumistapahtumien luokitteluun, sekä testattiin hieman aiemmin kehitettyä hiukkasten kasvunopeuden määritysmenetelmää. Havainnot hiukkasmuodostuksesta ja kasvusta olivat erittäin mielenkiintoisa: esimerkiksi hiukkasten kasvu voi joskus pysähtyä ennen kuin (~ 3 nm) ne havaittaisiin perinteisillä mittalaitteilla, hiukkasmuodostus voi tapahtua niin päivällä kuin illallakin, alle 3-nm hiukkasten kasvu oli tasaista vuoden ympäri mutta 3-20-nm hiukkasten kasvu oli nopeampaa kesällä kuin talvella. Näiden havaintojen uskottiin johtuvan tiivistyvien höyryjen saatavuudesta ilmakehässä. Työssä kehiteltyjä ja käytettyjä analyysimenetelmiä on laajamittaisesti hyödynnetty niiden julkaisemisesta lähtien. Tehdyt havainnot tarjoavat laajan tietopaketin, jota voidaan hyödyntää ilmastomalleissa. Tulevaisuudessa kuitenkin tarvitaan lisää tutkimuksia ionien roolista hiukkasmuodostuksessa, joka ei nykytiedoilla ole täysin selvä, sekä mittaushavaintoja esimerkiksi hiukkasmuodostukseen ja kasvuun osallistuvista höyryistä.
URI: URN:ISBN:978-952-5822-48-9
http://hdl.handle.net/10138/26509
Date: 2011-06-21
Subject: fysiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
onformat.pdf 3.436Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record