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Enregistrement W2263056818 · doi:10.5194/gmd-9-247-2016

Treatment of non-ideality in the SPACCIM multiphase model – Part 1: Model development

2016· article· en· W2263056818 sur OpenAlexfundno aff
Ahmad Jhony Rusumdar, Ralf Wolke, Andreas Tilgner, Hartmut Herrmann

Notice bibliographique

RevueGeoscientific model development · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric chemistry and aerosols
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesEidgenössische Technische Hochschule ZürichMcGill University
Mots-clésJacobian matrix and determinantActivity coefficientAqueous solutionSolverChemistryAerosolIntermolecular forceThermodynamicsStatistical physicsApplied mathematicsComputer sciencePhysical chemistryPhysicsMathematicsMoleculeOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Ambient tropospheric deliquesced particles generally comprise a complex mixture of electrolytes, organic compounds, and water. Dynamic modeling of physical and chemical processes in this complex matrix is challenging. Thus, up-to-date multiphase chemistry models generally do not consider non-ideal solution effects. Therefore, the present study was aimed at presenting further development of the SPACCIM (Spectral Aerosol Cloud Chemistry Interaction Model) through treatment of solution non-ideality, which has not been considered before. The present paper firstly describes the model developments including (i) the implementation of solution non-ideality in aqueous-phase reaction kinetics in the SPACCIM framework, (ii) the advancements in the coupling scheme of microphysics and multiphase chemistry and (iii) the required adjustments of the numerical schemes, especially in the sparse linear solver and the calculation of the Jacobian. Secondly, results of sensitivity investigations are outlined, aiming at the evaluation of different activity coefficient modules and the examination of the contributions of different intermolecular forces to the overall activity coefficients. Finally, first results obtained with the new model framework are presented. The SPACCIM parcel model was developed and, so far, applied for the description of aerosol–cloud interactions. To advance SPACCIM also for modeling physical and chemical processes in deliquesced particles, the solution non-ideality has to be taken into account by utilizing activities in reaction terms instead of aqueous concentrations. The main goal of the extended approach was to provide appropriate activity coefficients for solved species. Therefore, an activity coefficient module was incorporated into the kinetic model framework of SPACCIM. Based on an intercomparison of different activity coefficient models and the comparison with experimental data, the AIOMFAC approach was implemented and extended by additional interaction parameters from the literature for mixed organic–inorganic systems. Moreover, the performance and the capability of the applied activity coefficient module were evaluated by means of water activity measurements, literature data and results of other activity coefficient models. Comprehensive comparison studies showed that the SpactMod (SPACCIM activity coefficient module) is valuable for predicting the thermodynamic behavior of complex mixtures of multicomponent atmospheric aerosol particles. First simulations with a detailed chemical mechanism have demonstrated the applicability of SPACCIM-SpactMod. The simulations indicate that the treatment of solution non-ideality might be needed for modeling multiphase chemistry processes in deliquesced particles. The modeled activity coefficients imply that chemical reaction fluxes of chemical processes in deliquesced particles can be both decreased and increased depending on the particular species involved in the reactions. For key ions, activity coefficients on the order of 0.1–0.8 and a strong dependency on the charge state as well as the RH conditions are modeled, implying a lowered chemical processing of ions in concentrated solutions. In contrast, modeled activity coefficients of organic compounds are in some cases larger than 1 under deliquesced particle conditions and suggest the possibility of an increased chemical processing of organic compounds. Moreover, the model runs have shown noticeable differences in the pH values calculated with and without consideration of solution non-ideality. On average, the predicted pH values of the simulations considering solution non-ideality are −0.27 and −0.44 pH units lower under 90 and 70 % RH conditions, respectively. More comprehensive results of detailed SPACCIM-SpactMod studies on the multiphase processing in organic–inorganic mixtures of deliquesced particles are described in a companion paper.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,042
Tête enseignante GPT0,240
Écart entre enseignants0,198 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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