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Enregistrement W3109107426 · doi:10.5194/acp-21-7791-2021

Soot PCF: pore condensation and freezing framework for soot aggregates

2021· article· en· W3109107426 sur OpenAlexaff
Claudia Marcolli, Fabian Mahrt, B. Kärcher

Notice bibliographique

RevueAtmospheric chemistry and physics · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric chemistry and aerosols
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesH2020 Marie Skłodowska-Curie ActionsEuropean Commission
Mots-clésSootIce nucleusCirrusIce crystalsAerosolCondensationParticle (ecology)NucleationChemical physicsCloud condensation nucleiRelative humidityChemical engineeringMaterials scienceMineralogyChemistryAtmospheric sciencesThermodynamicsCombustionGeologyMeteorologyPhysical chemistryPhysicsOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Atmospheric ice formation in cirrus clouds is often initiated by aerosol particles that act as ice-nucleating particles. The aerosol–cloud interactions of soot and associated feedbacks remain uncertain, in part because a coherent understanding of the ice nucleation mechanism and activity of soot has not yet emerged. Here, we provide a new framework that predicts ice formation on soot particles via pore condensation and freezing (PCF) that, unlike previous approaches, considers soot particle properties, capturing their vastly different pore properties compared to other aerosol species such as mineral dust. During PCF, water is taken up into pores of the soot aggregates by capillary condensation. At cirrus temperatures, the pore water can freeze homogeneously and subsequently grow into a macroscopic ice crystal. In the soot-PCF framework presented here, the relative humidity conditions required for these steps are derived for different pore types as a function of temperature. The pore types considered here encompass n -membered ring pores that form between n individual spheres within the same layer of primary particles as well as pores in the form of inner cavities that form between two layers of primary particles. We treat soot primary particles as perfect spheres and use the contact angle between soot and water ( θ sw ), the primary particle diameter ( D pp ), and the degree of primary particle overlap (overlap coefficient, C ov ) to characterize pore properties. We find that three-membered and four-membered ring pores are of the right size for PCF, assuming primary particle sizes typical of atmospheric soot particles. For these pore types, we derive equations that describe the conditions for all three steps of soot PCF, namely capillary condensation, ice nucleation, and ice growth. Since at typical cirrus conditions homogeneous ice nucleation can be considered immediate as soon as the water volume within the pore is large enough to host a critical ice embryo, soot PCF becomes limited by either capillary condensation or ice crystal growth. We use the soot-PCF framework to derive a new equation to parameterize ice formation on soot particles via PCF, based on soot properties that are routinely measured, including the primary particle size, overlap, and the fractal dimension. These properties, along with the number of primary particles making up an aggregate and the contact angle between water and soot, constrain the parameterization. Applying the new parameterization to previously reported laboratory data of ice formation on soot particles provides direct evidence that ice nucleation on soot aggregates takes place via PCF. We conclude that this new framework clarifies the ice formation mechanism on soot particles in cirrus conditions and provides a new perspective to represent ice formation on soot in climate models.

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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,022

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

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 Opus0,012
Tête enseignante GPT0,218
Écart entre enseignants0,206 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations64
Publié2021
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