Изучение атмосферных органических аэрозолей с помощью факторного анализа данных масс-спектрометрии аэрозолей: обзор

Органические вещества представляют собой важный, но недостаточно изученный компонент взвешенных частиц в воздухе. Количественное понимание органической фракции частиц — органического аэрозоля (ОА) — необходимо для уменьшения одной из наиболее существенных неопределённостей, осложняющих оценку радиационного воздействия на климат и разработку мер по управлению качеством воздуха. В последние годы масс-спектрометрию аэрозолей всё чаще применяют для высоковременнóго разрешения химического состава ОА, а также для изучения источников аэрозоля и процессов его жизненного цикла. Масс-спектрометры аэрозолей Aerodyne (AMS) получили особенно широкое распространение благодаря возможности количественно определять размерно-дифференцированный состав субмикронных частиц (PM1). AMS характеризуют валовой состав и временные изменения ОА в виде совокупных масс-спектров (МС), получаемых через короткие интервалы времени. Поскольку каждый МС представляет собой линейную суперпозицию спектров отдельных компонентов, взвешенных по их концентрациям, многомерный факторный анализ матрицы МС оказался эффективным методом выделения факторов ОА, позволяющих количественно и упрощённо описать тысячи отдельных органических соединений. Сумма факторов объясняет почти 100% массы ОА, а каждый отдельный фактор обычно соответствует многочисленной группе компонентов ОА со сходными химическим составом и временной динамикой, характерными для различных источников и/или атмосферных процессов. За последние шесть лет применение этого метода в масс-спектрометрии аэрозолей быстро расширилось. В настоящем обзоре рассматриваются методы многомерного факторного анализа, применяемые к данным AMS и других масс-спектрометров аэрозолей, и обобщаются основные результаты натурных наблюдений. Особое внимание уделено результатам, дающим ценную информацию об источниках аэрозоля и, в частности, об эволюции вторичного органического аэрозоля в региональном и глобальном масштабе. Обсуждаются усовершенствованные методы, включая априорные ограничения масс-спектров факторов и применение факторного анализа к объединённым данным об аэрозольной и газовой фазах. Интегрированный анализ факторов ОА, полученных в разных регионах мира, используется для целостного регионального и глобального описания ОА. Наконец, обсуждаются различные способы использования факторов ОА для ограничения глобальных и региональных моделей.