主要

通过航空测量，在热带对流区的对流层上部观测到强烈的粒子形成，这是一个持续的、全球尺度的带1，2，4．上层对流层成核被认为提供了至少三分之一的全球CCN3.．自工业革命以来，气溶胶的增加及其与云层的相互作用掩盖了温室气体造成的全球辐射强迫的很大一部分。对未来空气污染减少导致的气溶胶辐射强迫的预测是高度不确定的7．现今的成核作用涉及硫酸(H2所以4)几乎覆盖了整个对流层8．然而，H2所以4- h2O是缓慢的，因此，三元或多组分成核与额外的蒸汽，如氨(NH3.）9和有机物10，11有必要考虑观测到的新粒子形成速率吗3.，8，12．

氨稳定酸碱成核，并强烈地提高粒子的形成速度9．然而，氨被认为在对流层上层极其稀缺，因为它在水中的溶解度和与酸的反应性应该会导致对流云中的有效去除。然而，这一假设并没有得到观察的支持。氨蒸汽在亚洲季风对流层上层多次被检测到，其混合比高达30 pptv (2.5 × 108厘米−3)为三个月的平均值5高达1.4 ppbv (1.2 × 1010厘米−3)在热点地区6．云滴溶解氨的释放可能发生在冰川作用期间13．氨一旦在对流层上层释放出来，就会与闪电大量产生的硝酸形成颗粒14，15．这些粒子将比氨蒸汽存在时间更长，传播距离更远，有可能影响北半球的整个对流层上部和平流层下部6．

关于硝酸和氨在对流层上层粒子形成中的作用和机制的基本问题仍然存在。欧洲核子研究中心(CERN)最近的CLOUD(宇宙留下室外液滴)实验表明，低于278 K的硝酸和氨蒸汽可以凝结在直径只有几纳米的新形成的颗粒上，推动快速增长到CCN尺寸16．在更低的温度下(低于258 K)，硝酸和氨可以直接成核形成硝酸铵颗粒，尽管是纯HNO3.nh3.成核速度太慢，无法与氢抗衡2所以4nh3.比较条件下的成核作用。然而，我们在这里提出的结果表明，当三种蒸汽都存在时，协同相互作用驱动成核速率比三种组分中的任何两种快几个数量级。一旦通过这种多酸-氨机制成核，颗粒可以通过NH的共缩合快速生长3.和HNO3.这两种元素可能都比H2所以4在对流层上层。

在CLOUD中测量粒子形成

在这里，我们报告了在云室中用硫酸、硝酸和氨蒸汽的混合物进行的新粒子形成实验92019年9月至12月在欧洲核子研究中心(CLOUD 14;看到方法实验细节)。为了跨越对流层上层的典型范围，我们在(0.26-4.6)× 10的腔室中建立了准稳态蒸汽浓度6厘米−3硫酸(通过SO的光化学氧化)2)， (0.23-4.0) × 109厘米−3硝酸(通过光化学氧化NO2或蒸发器注入)和(0.95-6.5)× 108厘米−3氨(从气瓶中注射)。在模拟亚洲季风反气旋热点条件的极端实验中，我们将硫酸、硝酸和氨的最大浓度提高到6.2 × 107厘米−3， 3.8 × 109厘米−38.8 × 109厘米−3,分别。实验在223 K和25%相对湿度下进行，代表对流层上部的条件。

数字1展示了一个有代表性的新粒子形成实验的演变，在6.5 × 10左右的存在8厘米−3氨。上面三个面板显示了颗粒数浓度在1.7 nm以上和2.5 nm以上(图2)。1)，在1.7 nm处的粒子形成速率(J1.7)(图。1 b)和粒径分布(图;1 c)．底部面板显示HNO3.和H2所以4蒸汽浓度(图;1 d)．我们在点钟打开紫外线灯t= 0分钟氧化SO2和OH自由基形成H2所以4．此后不久，硫酸开始出现，并逐渐达到2.3 × 10的稳定状态6厘米−3在大约10分钟的壁面损失时间范围内。在这些条件下，从H2所以4nh3.成核，与之前的CLOUD测量结果一致8．这些颗粒生长缓慢(约0.5 nm每小时)−1在这个H2所以4还有颗粒大小17)．2 h内没有颗粒达到2.5 nm，原因是颗粒生长速度慢，对壁损失的存活概率低。

图1:硝酸增强H2所以4nh3.粒子的形成。
图1

一个，在流动粒径>1.7 nm(洋红色)和>2.5 nm(绿色)处，颗粒数浓度随时间的变化。品红色的固体痕迹是用PSM测量的1.7绿色固体轨迹由CPC测量2.5．固定实验条件约为6.5 × 108厘米−3NH3.， 223 K，相对湿度25%。微物理模型再现了所观察到的粒子形成的主要特征(虚线;详情见正文)。b，在1.7 nm处粒子形成速率随时间的变化(J1.7)，由PSM测量。c，粒径随时间的分布，由SMPS测量。d，气相硝酸和硫酸随时间的变化，用I测量−CIMS和NO3.−分别CIMS。硫酸通过SO2在time = 0 min打开UV灯后不久就开始出现氧化现象，逐渐达到2.3 × 10的稳定状态6厘米−3在壁面损失率大约10分钟的时间尺度后。后面的H2所以4nh3.形核作用导致1.7 nm颗粒的形成速度相对较慢。由于颗粒生长速度较慢，对壁损失的生存概率较低，因此没有生长到2.5 nm以上。以下注射2.0 × 109厘米−3115分钟后硝酸进入腔室，在保持硫酸生产速率和氨注入速率不变的情况下，我们观察到颗粒形成速率急剧增加(面板)b)，同时颗粒快速生长40nm h−1(面板c)．粒子形成率±30%，硫酸浓度- 33%/+50%，硝酸浓度±25%的总体系统尺度不确定性没有显示出来。

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在t= 115 min，将硝酸浓度提高到2.0 × 109厘米−3通过直接注入而不是光化学生产，使我们可以独立控制硝酸和硫酸的浓度。粒径大于1.7 nm和2.5 nm的颗粒数量分别增加了30倍和1300倍。此外，这些新形成的颗粒生长得更快(40 nm h−1)，在30分钟内达到20纳米。本实验表明，在硫酸和氨浓度固定的情况下，硝酸能显著提高颗粒的形成和生长速率。

我们还根据已知的热力学和微物理进行了模型计算(方法)．我们的模型结果(图中的虚线轨迹)。1)一致定量地证实了实验数据:硫酸和氨成核只产生1.7 nm的颗粒，而硝酸的加入强烈地提高了1.7 nm和2.5 nm颗粒的形成速率。

我们在与图相似的条件下进行了两个进一步的实验。1但是保持另一对蒸汽的浓度不变，同时改变第三对蒸汽的浓度。对于扩展数据图所示的实验。1，我们从氧化NO开始2生产1.6 × 109厘米−3HNO3.在6.5 × 10左右的存在8厘米−3NH3.然后增加H2所以4从0到4.9 × 106厘米−3通过逐步氧化注入更多的SO2．对于扩展数据图所示的实验。2，我们首先建立了4.6 × 106厘米−3H2所以44.0 × 109厘米−3HNO3.，然后增加NH3.从0到约6.5 × 108厘米−3．当三种蒸汽中只有两种存在时，我们一致观察到相对缓慢的成核速率，而第三种蒸汽的加入使成核速率提高了几个数量级。

数字2显示CLOUD在1.7 nm流动直径处测量的粒子形成速率(J1.7)和氨浓度，在223 K。的J1.7所有数据都是在来自银河宇宙射线(GCR)的离子存在下测量的，因此-代表中性和离子诱导通道的总和。黑色菱形表示测量值J1.70.3厘米−3年代−1对于HNO3.nh3.1.5 × 10成核9厘米−3硝酸，约6.5 × 108厘米−3氨、硫酸检测限5 × 10以下4厘米−3(这是扩展数据图中显示的事件。1)．在相同的氨浓度下，我们测量J1.7= 6.1厘米−3年代−12.3 × 106厘米−3H2所以4，表明H的速率要快得多2所以4nh3.成核(未显示)。这一测量结果与基于之前H . CLOUD研究的模型一致2所以4nh3.成核18，19为4.0 × 10时的模型仿真结果6厘米−3硫酸(红色固体曲线)。蓝色圆圈表示我们的测量值J1.7对于HNO3.- h2所以4nh3.成核在4.0 × 106厘米−3硫酸和(1.6-6.5)× 108厘米−3氨，在1.5 × 10的存在9厘米−3硝酸(事件显示在扩展数据图。2)．蓝色虚线曲线是符合测量的幂律，表明对氨浓度有很强的敏感性\ ((\ {J} _ {1.7} = k {[{{\ rm {NH}}} _ {3}]} ^ {3.7}) \)．

图2:1.7 nm处的粒子形成速率(J1.7)与相对湿度为25%及223 K时氨浓度的关系。
图2

化学体系是HNO3.nh3.(黑色),H2所以4nh3.(红色)和HNO3.- h2所以4nh3.(蓝色)。黑色菱形显示HNO的云测量3.nh3.1.5 × 10成核9厘米−3HNO3.， 6.5 × 108厘米−3NH3.和H2所以4检测限5 × 10以下4厘米−3．红色实线曲线是J1.7相对于氨浓度4.0 × 106厘米−3硫酸从H2所以4nh3.基于之前CLOUD测量的成核参数化18，19．蓝色圆圈表示HNO的CLOUD测量值3.- h2所以4nh3.成核在4.0 × 106厘米−3H2所以4， 1.5 × 109厘米−3HNO3.(1.6-6.5) × 108厘米−3NH3.．数据由幂律拟合，J1.7=k(NH3.］3．7(蓝色虚线曲线)。垂直的灰色虚线分隔了对流层上部不同区域测量到的氨浓度5；右边的区域表示亚洲季风条件。水平灰色实线所示J1.7由GCR电离速率引起的离子诱导成核的上限约为2个离子对厘米−3年代−1在地面和35个离子对厘米−3年代−1在对流层上层。在三种成核机制中，H2所以4nh3.在氨含量低(低于1.0 × 10左右)的区域，成核占主导地位8厘米−3，或12 pptv)，而HNO3.- h2所以4nh3.在对流层上部亚洲季风特有的高氨水平上，成核作用占主导地位。柱状图表示粒子形成率的估计总误差为30%。硫酸的总体系统尺度不确定性为−33%/+50%，硝酸浓度为±25%。

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图中垂直的灰色虚线。2分离在对流层上部不同区域测量的氨浓度5；亚洲季风条件在这条垂直线的右边。我们的结果表明H2所以4nh3.在氨浓度低于10左右的地区，成核可能是新颗粒形成的原因8厘米−3(12 pptv)，但是HNO3.- h2所以4nh3.在亚洲季风对流层上部氨水平较高时，成核作用可能占主导地位。我们的成核速率测量证实，在氨限制条件下，较强的硫酸更受氨的青睐，因此硝酸将从簇中蒸发，因为它可能被硫酸取代。然而，随着氨从1.6 × 10增加到6.5 × 108厘米−3，我们观察到J1.7对于HNO3.- h2所以4nh3.成核从10到400厘米−3年代−1颗粒形成率(HNO3.- h2所以4nh3.: H2所以4nh3.)从4点到30点。我们的成核模型(如图。1)产量略高J1.7比观测到的要高，如图扩展数据图所示。3.，但生成速率随氨的变化呈现相似的斜率。

CLOUD先前的研究表明，除了最强的酸碱团簇外，离子都能促进成核;HNO3.- h2所以4nh3.可能也不例外。然而，离子增强受到GCR离子对生成速率的限制。我们用图中的水平灰色实线表示。2的上限J1.7离子诱导成核约2厘米−3年代−1地面高度35厘米−3年代−1在对流层上层。我们的实验HNO成核速率3.- h2所以4nh3.大多高于对流层上层GCR离子的产生速率。这一点也得到了类似的证实J1.7在中性成核实验中测量，在该实验中，电场用于从腔室中快速扫离子。因此，对于这种成核方案，在亚洲季风对流层上部，中性通道将经常胜过离子诱导通道。然而，当氨在亚洲季风反气旋外被稀释时，离子可以提高成核速率，达到GCR极限35 cm附近−3年代−1．

从形式上看，新粒子的形成机制可能是两种类型之一:稳定H的形成2所以4nh3.然后是硝酸和氨的nano-Köhler-type活化16；或者是真正的硝酸、硫酸和氨协同成核9．在实际意义上，这没有什么区别，因为凝结损失是大气中所有小团簇的主要汇20.，因此，1.7 nm颗粒通过任何机制的出现都构成了新的颗粒形成。无论如何，我们可以通过使用大气压力界面飞行时间(APi-TOF)质谱仪测量负电荷团簇的分子组成来区分这两种可能性。在无花果。3.，在H2所以4nh3.和HNO3.- h2所以4nh3.在223 K时的成核事件。图。3 a, b表明硝酸使成核团簇的组成减小到最小尺寸;因此，其机制几乎可以肯定是协同HNO3.- h2所以4nh3.成核。

图3:H2所以4nh3.和HNO3.- h2所以4nh3.在223 K和25%相对湿度下的成核事件。
图3

质量缺陷(整数质量之差)与质量/电荷(米/z)，用APi-TOF质谱计测量1.7 × 10的负电荷团簇6厘米−3硫酸和6.5 × 108厘米−3氨(一个)和2.0 × 107厘米−3硫酸，3.2 × 109厘米−3硝酸和7.9 × 109厘米−3氨(b)．符号颜色表示如图所示的分子组成。符号面积与信号速率(每秒计数)的对数成正比。标签(米：n)，表示硫酸(H2所以4）米氨(NH3.）n团簇中的分子，包括中性和带电物种。灰色虚线跟随包含纯H的簇2所以4带有HSO的分子4−离子(或SO)4而不是H2所以4和/或4−而不是HSO4−纯氢2所以4在这条线以下的集群b)．灰色实线遵循1:1的H2所以4nh3.从(H2所以4）4——(NH3.）0．几乎所有集群都在面板上一个位于这条线以上，而几乎所有的集群面板b低于它。大多数簇含有HNO3.缺乏NH3.当它们被测量时(它们落在(米:0)灰色虚线)，但两者之间有明显区别一个而且b表明成核簇具有明显不同的组成，可能包括相对弱结合的HNO3.nh3.对b．在223 K的CLOUD室中，成核团簇很可能含有HNO3.- h2所以4nh3.大概是1:1的酸碱比。然而，在从腔室传输到293 K的温暖APi-TOF质谱仪的过程中，簇失去了HNO3.和NH3.，留下H的挥发性较低的核心2所以4耗尽nhh3.．一个NH的蒸发3.或HNO3.簇中的分子在质量缺陷图上以黑色箭头所示的矢量距离置换它b．

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在无花果。3，主要离子是几种脱质子的硫酸物种之一，包括HSO4−,所以4−HSO汽车贸易公司,5−,所以5−等等，导致了一组分子组成相似但质量不同的点簇和质量缺陷。在图中，我们使用标签(米：n)表示硫酸和氨分子在(H2所以4）米——(NH3.）n团簇，包括中性和带电物种。质量缺陷图与先前测量的H2所以4nh3.成核21．负离子诱导成核以已知的酸碱稳定机制进行，其中硫酸二聚体形成作为第一步(与HSO4−作为第一个氢的共轭碱2所以4)，然后集群按1:1 H增长2所以4nh3.添加物(即硫酸氢铵)9．我们使用一条灰线来说明1:1的添加路径，从(H2所以4）4——(NH3.）0．比硫酸四聚体大的簇大多含有几个氨分子，所以图中几乎所有簇。3躺在灰色线以上。

数字3 bHNO期间，聚类APi-TOF信号发生明显变化3.- h2所以4nh3.成核。除纯(H2所以4）米——(NH3.）n我们观察到多了一个HNO的集群3.分子(或NO)3.−离子)，即(HNO3.）1——(H2所以4）米——(NH3.）n、纯硝酸单体和二聚体。与图形成鲜明对比。3，所有这些簇都缺乏NH3.，落在图中相同的灰线以下。3．最缺乏的含有多达九种裸酸，即(H2所以4）9或(H2所以4）8——(HNO3.）1．数字3 b几乎可以肯定的是，它不能代表真正的团簇组成，因为H2所以4在H2所以4,在北半球3.，温度和相对湿度(如图2所示)。3)．我们可以解释Fig。3 b如下。云室(223 K)中的星团很可能含有HNO3.- h2所以4nh3.酸碱比约为1:1，表示部分中和。然而，在从冷室传输到热APi-TOF质谱仪的过程中(约293 K)，簇失去了相对弱结合的HNO3.和NH3.分子，而不是低挥发性H2所以4分子。然而，抛开解释不谈，图。3 a, b表明所采样的簇具有非常不同的组成，硝酸参与了小到几个分子的簇的形成。

冰成核测量

硝酸和氨不仅加快了新颗粒的形成速度，而且还促使其快速生长到可作为CCN或冰核颗粒(INP)的尺寸，超过50 nm左右。为了评估它们对卷云的影响，我们测量了由HNO形成的粒子的冰成核能力3.- h2所以4nh3.在云室成核。模拟“热点”条件，我们首先通过HNO形成纯硝酸铵颗粒3.nh3.成核，然后增加H2所以4通过逐步氧化更多的SO来分解粒子2．我们使用在线连续流动扩散仪mINKA (方法和扩展数据图。4)．如图所示。4，纯硝酸铵颗粒(紫色数据点)仅在高冰饱和比(年代冰)，具有均相成核的特征(由上面冰的活化急剧增加所示)年代冰在215 K时= 1.60)。这说明纯硝酸铵颗粒是通过HNO形成的3.nh3.虽然在潮解点以下的相对湿度下，成核，最初可能处于液态22．但加入硫酸盐后，颗粒态硫酸盐与硝酸盐的摩尔比仅为10−4，触发硝酸铵结晶。对于这些粒子，我们观察到一个小的非均相冰核模式年代冰为1.54(蓝色数据点)，在其他条件下，颗粒大小分布几乎保持不变。此外，随着硫酸盐摩尔分数逐渐上升到0.017(仍然几乎是纯的，但现在是固体硝酸铵)，活性表面密度(n年代) 1010米−2达到年代冰低至1.26。这与之前的发现是一致的，其中颗粒是通过雾化产生的，颗粒直径大得多，硫酸盐与硝酸盐的比例也高得多23．我们的测量表明HNO3.- h2所以4nh3.在成核过程中，硝酸和氨冷凝迅速生长，从而导致硫酸盐与硝酸盐的比例较低，这可能是INP的重要来源，与成核冰中典型的沙漠尘埃颗粒相当24．

图4:由HNO形成的对流层上层粒子的冰核特性和模拟区域贡献3.- h2所以4nh3.成核。
图4

一个，活性表面密度与冰饱和比，由mINKA仪器在CLOUD, 233 K和25%相对湿度下测量。纯硝酸铵颗粒(紫色点)显示均匀冻结。然而，只加入少量的硫酸盐就会产生高度冰核活性的颗粒。在1.7%左右的硫酸盐分数(红点)，冰的成核效率与沙漠沙尘颗粒相当24．b亚洲季风期间氨有效垂直输送到对流层上部的全球模式(EMAC)中粒子形成的模拟。含多酸HNO3.- h2所以4nh3.形核(根据图中蓝色虚线曲线)。2)使亚洲季风区的粒子数浓度(成核模式)比仅含H的同一模式提高3-5倍2所以4nh3.成核作用(from Dunne et al。8，与图中红色实相曲线相似。2)．

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大气的影响

我们的研究结果表明HNO3.- h2所以4nh3.在对流层上部的亚洲季风区，成核可能主导着新粒子的形成，在对流云的流出中有新粒子的“火焰”，其中多达1010厘米−3氨6混合低(背景)水平的硫酸和硝酸。没有这种机制，粒子的形成通过传统的三元H2所以4nh3.成核的速度会慢得多，而且很可能受限于稀缺的硫酸。此外，通过与硝酸共冷凝，对流的氨也推动了新形成颗粒的生长。给定对流层上部典型的酸过剩条件，冷凝增长受氨的可用性控制。因此，颗粒将稳定(快速)增长，直到几年后氨耗尽e-由粒子凝聚汇设定的折叠次数。根据一般在热带对流层上层观测到的冷凝汇4，这个时间尺度将是几个小时。在这段时间内，考虑到观察到的氨水平，新形成的颗粒将能够生长到CCN大小，即使是少量的硫酸外加剂也会使这些颗粒成为有效的INP。

我们的实验室测量提供了一种机制，可以解释最近在亚洲季风对流层上部观测到的大量硝酸铵颗粒6．为了评估其在全球范围内的重要性，我们首先将我们的实验测量参数化J1.7对于HNO3.- h2所以4nh3.硫酸、硝酸和氨浓度对成核作用的影响(方法)．参数化是使用幂律依赖于每个蒸汽(扩展数据图。5)，根据第一形核定理，给定临界簇组成与指数相关25．然后我们在一个全球气溶胶模型(EMAC，见方法有关建模细节)。EMAC模型预测HNO3.- h2所以4nh3.在250 hPa(11千米，约223 K)成核产生的年平均值超过1000厘米−3新粒子在一个广泛的区域(扩展数据图。6)．这对应于粒子数浓度的增加(图。4 b)比只有三元H的控制模拟高出五倍2所以4nh3.成核8．最强烈的增加主要发生在亚洲，在那里，由于来自地面的深层对流，氨是充足的。

然而，另一个全局模型(TOMCAT，参见方法)显示，对流层上层的氨混合比EMAC低得多(分别<1 pptv和<100 pptv)，尽管它们的空间分布大致相似(扩展数据图。7 a、b)．最近在当地的实地测量也表明了对流层上层氨的这种大变异性6，26和全球5，27鳞片。鉴于它对两方面的重要性H2所以4nh3.和HNO3.- h2所以4nh3.在成核过程中，迫切需要改进对流层上部氨的测量，并提高对其来源、运输和汇的认识。

因此，我们转向云分辨模型来估计深对流后剩余的氨蒸汽分数(见方法)．我们在扩展数据图中显示。8大约10%的边界层氨可以被输送到对流层上层，并通过基础对流云以蒸汽的形式释放出来。灵敏度测试进一步说明，控制滞留在云流出物中的氨分子比例的关键因素是冰颗粒对氨分子的滞留(扩展数据图)。8 e)，而云水pH值(扩展数据图;8 c)和云水含量(扩展数据图。8 d)只在冰川作用发生时起次要作用。考虑到在亚洲边界层中经常观察到超过10 ppbv的氨28，观察到的1.4 ppbv (1010厘米−3)氨在对流层上部6确实被对流系统有效地输送。

虽然硝酸铵-硫酸铵颗粒是局部形成的，但由于艾特肯模式颗粒在对流层上层的典型停留时间为一周至一个月，它们可以通过副热带急流在短短3天内从亚洲传播到北美29．因此，这些粒子可以作为洲际带持续存在，覆盖北半球中纬度表面的一半以上(扩展数据图)。6)．综上所述，硝酸、硫酸和氨的协同成核是对流层上部，特别是亚洲季风区新CCN和冰核的重要来源，并与人为氨排放密切相关27．

方法

CLOUD设施

我们在26.1米的CERN CLOUD设施进行了测量3.，电镀抛光，不锈钢云室，允许在对流层条件下进行新粒子形成实验，具有严格的清洁和最小的污染9，30.．CLOUD室安装在一个热外壳中，能够在208k和373 K范围内保持温度恒定，精度为±0.1 K(参考文献)。31)．光化学过程由内置紫外光纤系统的均匀照明启动，包括4个200 w的Hamamatsu Hg-Xe灯，波长在250到450 nm之间，4 w KrF准分子紫外激光器，波长248 nm，功率可调。模拟了在电场(±30 kV)作用下不同电离水平下新粒子的形成，人工清除或保存地面GCR产生的小离子。均匀的空间混合是通过安装在腔室顶部和底部的磁耦合不锈钢风扇实现的。实验过程中特征气体在室内的混合时间为几分钟。可冷凝蒸汽和颗粒在室壁上的损失率与环境冷凝水槽相当。为了避免污染，定期用超纯水冲洗墙壁，并加热到373 K至少24小时，以确保极低的硫酸污染水平<5 × 104厘米−3总的有机物<50 pptv(参考文献)。32，33)．云气系统也建立在清洁和性能的最高技术标准。干燥的空气供应是由沸水氧气(梅塞尔，99.999%)和沸水氮气(梅塞尔，99.999%)按79:21的常压比例混合提供的。高纯度的水蒸气、臭氧和其他微量气体，如硝酸和氨，可以从超纯源精确地以pptv水平添加。

仪表

用硝酸化学电离APi-TOF(硝酸盐- ci -APi-TOF)质谱仪测定气相硫酸34，35碘化物化学电离飞行时间质谱仪，配备气体和气溶胶过滤器入口(I-FIGAERO-CIMS)36，37．硝酸盐- ci - api - tof质谱仪在入口前装有静电过滤器，以去除腔室中形成的离子和带电簇。电晕充电器用于在氮气流中电离试剂硝酸蒸汽38．然后在电场的引导下，硝酸盐离子在常压漂移管中与样品流中的分析物分子反应。硝酸- ci - api - tof用硫酸定量，检出限约为5 × 104厘米−3，遵循前面描述的相同校准和损耗校正程序9，32，39．FIGAERO是CIMS的歧管进气道，具有两种工作模式。在采样模式中，采用同轴芯采样，以尽量减少采样线上的汽壁损失。总流量保持在18.0 slpm，核心流量保持在4.5 slpm;CIMS样品位于芯流中心，流速为1.6 slpm。分析物分子被引入到一个150mbar离子分子反应器中，由在Po-210放射源中形成的碘离子进行化学电离，并提取到质谱仪中。I-FIGAERO-CIMS的硫酸校准系数是使用预校准的硝酸盐- ci - api - tof测量的绝对硫酸浓度得出的。

气相硝酸也采用I-FIGAERO-CIMS测量。用HNO法定量硝酸浓度3./ N2与已知硝酸浓度的混合物，遵循前面描述的类似程序16．的HNO3./ N2混合物来自流动的2 slpm超纯氮通过便携式硝酸渗透管，在恒定的40°C。硝酸的渗透速率是通过渗透管的出口通过一个含有去离子水的撞击器，并通过分光光度法分析得到的硝酸溶液。

气相氨测量或计算。我们使用质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR3- tof - ms，简称PTR3)测量氨40．我们使用氩气(超高纯度5.0)作为一次离子的载气，以确保在电晕放电区域不会人为形成铵离子。尽管从峰值高度和宽度来看，理论上的检测极限会更小，但在实验开始的第一次完全无氨运行期间，我们能够测量到的最低浓度是109厘米−3．对此的一种解释是，当氨浓度较低时，高可溶性氨的壁相互作用的影响变得重要，氨在入口管路中的衰减变得非常缓慢。为了减少入口壁面接触，我们在仪器前直接使用了芯取样技术，仅对入口流量10 slpm的中心2slpm进行采样，但由于挥发性有机化合物经常需要现场校准，在样品线内放置了一个聚四氟乙烯球阀，这可能会在氨浓度低时影响测量。浓度在2 × 10以上9厘米−3然而，仪器的反应非常快，因此，例如，在室氨流量的变化是很容易检测到的。场外校准显示，与湿度无关的校准因子为0.0017 nps /ppb。PTR3的校准数据与Picarro在10以上的数据非常吻合10厘米−3(Picarro的检测极限)。PTR3还提供了有关室内挥发性有机化合物的整体清洁度的信息。该技术在前面已作了广泛的描述40．

氨浓度低于109厘米−3，我们使用校准的氨注射流量和估计的一阶壁损率计算浓度。壁面损失率(k墙)，经证实，在云室内的氨比硫酸更快41，可以由下面的表达式确定42：

$ $ {k} _ {{\ rm{墙}}}= \压裂{一}{V} \ \压裂{2}{{\ rm{\π}}}\ \√6 {{k} _ {{\ rm {e}}} \ D{} _{我}}= {C} _ {{\ rm{墙}}}\ \ sqrt {{D} _{我}}$ $
(1）

在这一个/V是腔室的面体积比，ke涡流扩散常数(由湍流混合强度决定，而不是气体的传输特性)和D我是每种气体的扩散系数。C墙因此被称为实验室内实验条件的经验参数。这里我们首先确定k墙硫酸和硝酸的浓度是1.7 × 10−31.9 × 10−3年代−3，分别通过测量它们的被动衰减率并减去两者的腔室稀释损失率(1.2 × 10−3年代−1)，以及硫酸二聚体形成的损失率(约1.6 × 10−3年代−15 × 106厘米−3H2所以4)．的k墙硫酸与我们之前的测量结果一致43．然后我们推导出C墙硫酸和硝酸的浓度都是2.0 × 10−4托−0.5厘米−1年代−0.5,(\ D {} _ {{{rm \ {H}}} _ {2} {{\ rm{所以}}}_ {4}}\)74托厘米2年代−1而且(\ D {} _ {{{rm \ {HNO}}} _ {3}} \)87托厘米2年代−1(ref。44)．最后，我们计算k墙对于氨是2.7 × 10−3年代−1,(\ D {} _ {{{rm \ {NH}}} _ {3}} \)176托厘米2年代−1(ref。44)．氨从腔室表面的解吸是温度的强函数，在低温下可以忽略不计30.．即使长时间暴露，氨的解吸量也应小于1.6 × 106厘米−3，根据前面对CLOUD室氨背景污染的参数化41．

用APi-TOF质谱仪测定了负电荷离子和团簇的组成45．APi-TOF质谱仪通过1英寸(内径21.7 mm)采样探头连接到CLOUD室，采用同轴芯采样，以最大限度地减少采样线中的壁面损失。总样品流量保持在20 slpm, APi-TOF质谱仪的核心样品流量保持在0.8 slpm。由于该仪器只测量带电团簇，所以测量是在GCR条件下进行的。由于冷室(223 K)与暖室APi-TOF质谱仪(约293 K)之间存在较大的温度差，HNO3.- h2所以4nh3.簇可能会失去相对弱键合的HNO3.和NH3.分子。这类似于用硝酸盐- ci - api - tof检测氨的化学电离过程，其中HNO3.和NH3.分子从CI-APi-TOF真空区产生的硝酸铵簇中迅速蒸发46．

气体监测仪用于测量臭氧(O3.， Thermo Environmental Instruments TEI 49C)，二氧化硫(SO2， Thermo Fisher Scientific Inc. 42i-TLE)和一氧化氮(NO, ECO Physics, CLD 780TR)。二氧化氮(NO2)用腔衰减相移二氧化氮监测仪(CAPS NO2以及国产腔增强型差分光学吸收光谱(CE-DOAS)仪器。室内的相对湿度由露点镜(EdgeTech)确定。

颗粒数浓度由冷凝颗粒计数器(CPC)监测，包括一个Airmodus A11纳米冷凝核计数器(nCNC)，由一个颗粒尺寸放大镜(PSM)和一个基于层流丁醇的CPC组成47，以及丁醇TSI 3776 CPC。采用纳米扫描电迁移谱仪(nSEMS)、纳米扫描迁移度粒度仪(nano-SMPS)和长- smps测量1.8 ~ 500 nm的粒径分布。nSEMS使用了一种新的径向对立迁移离子和气溶胶分类器(ROMIAC)，它对扩散分辨率退化的敏感性低于dma48，以及软x射线充电护发素。离开分类器后，粒子首先在快速混合二甘醇阶段被激活49然后用基于丁醇的CPC进行计数。利用流动、电场和颗粒轨迹的三维有限元建模，导出了用于反演数据以获得颗粒尺寸分布的nSEMS传递函数50，51．两种商用迁移率粒度光谱仪，纳米smps和长smps，已经在以前的几项研究中得到了充分的表征、校准和验证52，53，54．

使用高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(HR-ToF-AMS, Aerodyne Research)定量了颗粒相化学成分。HR-ToF-AMS的工作原理前面已经详细解释过了55，56．简而言之，粒子通过空气动力学透镜聚焦，并在高真空下撞击600°C的热表面而瞬间蒸发。然后，蒸汽被70 ev电子电离，离子被ToF质谱仪检测。在运动前后进行了电离效率校准，变化在30%以内。由于实验室内的温度和相对湿度是固定的，颗粒成分以硝酸铵为主，所以实验中认为颗粒收集效率是恒定的。

在215 K下实时测量INP，作为冰饱和比(年代冰)，由卡尔斯鲁厄理工学院(mINKA)的移动冰成核仪测量。mINKA是一个具有垂直圆柱形几何结构的连续流动扩散室57，在设计INKA的基础上58，59．文中对连续流扩散室的工作原理作了详细的描述57．在这里，每30分钟在扩散室中对水蒸气饱和比进行一次预先定义的扫描。每次扫描，年代冰在温度保持不变的情况下，从1.2稳步上升到1.8。误差与温度和年代冰扩散室内的温度由附在仪器壁上的热电偶的不确定度(±0.5 K)得出。59．

颗粒形成速率的测定

粒子形成速率，J1.7，在1.7 nm流动直径(1.4 nm物理直径)下测定，这里使用PSM。在1.7 nm处，粒子通常被认为高于其临界尺寸，因此是热力学稳定的。J1.7使用超过特定直径(此处为1.7 nm)的颗粒总浓度的通量计算，以及由于腔室稀释造成的气溶胶损失、壁损失和凝固造成的校正术语。详细信息已在前面描述过47．

成核模型

形核模型是建立在H热力学模型的基础上的2所以4nh3.前面详细描述了成核作用18，19．它是由一般动力学方程发展而来的60，计算每个团簇/粒径的产量和损失，以确定酸碱团簇的形成速率。对于HNO3.- h2所以4nh3.我们通过将硝酸和氨的nano-Köhler-type活化外推到硫酸三聚体，简化了模型模拟。80个尺寸的容器，从一个硫酸铵簇到300 nm，用于捕捉多分散颗粒的大小和组成的演变。

简而言之，我们根据气相硝酸和氨对颗粒相硝酸铵的过饱和，计算硝酸和氨的等摩尔冷凝通量39，60：

$ ${\φ}_{我}^ {v} = {k} _ {{\ rm {c}}}, \ [{c} _{我}^ {v} -{一}_{我}\ {c} _{我}^ {0}]$ $
（2）

在这\({\φ}_{我}^ {v} \)硝酸或氨的净冷凝通量是否与蒸汽浓度有关\ ({C} _{我}^ {v} \)饱和浓度\ ({C} _{我}^ {0}\)．这个词一个我是物种的活动吗我在粒子的冷凝相表面和kc是蒸汽与粒子相互作用产生的凝结池。根据解离常数估算了硝酸和氨的饱和浓度Kp(ref。60)．当蒸汽不饱和时，颗粒相硝酸铵会蒸发成硝酸和氨达到平衡。

我们还包括开尔文项(K我，p)，以解释活动增加的原因\(({} _{我}={一个{\ '}}_{我}\,{K} _ {i, p}) \)小的弯曲的簇状物/粒子的:

$ $ {K} _ {i, p} = {10} ^ {({d} _ {10} {\ rm {K}} / {d} _ {{rm \ p {}}})} $ $
（3）

在这K我，p“开尔文直径”的刻度(dK10)的十年变化和dp为小团簇/颗粒的直径。通过拟合之前CLOUD实验的数据，硝酸铵的开尔文直径估计为5.3 nm，根据:

$ $ S = {10} ^ {({d} _ {{\ rm {K10}}} / {d} _ {{\ rm{法案}}})}$ $
（4）

在这年代饱和比是用硝酸和氨的浓度的乘积除以解离常数来计算的吗Kp而且d行为是活化直径，在这个直径处，凝结的热力学能垒被克服，粒子开始快速生长。

冰成核能力的测定

在实验过程中，气溶胶颗粒从CLOUD室连续采样进入mINKA冰核仪，使用主动冷却的采样线以获得一致的温度分布。然后将粒子置于良好控制的冰过饱和条件下;有冰核的粒子通过位于仪器出口的光学粒子计数器(定制的Climet CI-3100，下检出限约1 μm)进行选择性检测和计数。在每次饱和扫描前(2分钟)定量背景冰晶，并从相应测量的总冰数浓度中减去。INP的分数(f冰)以冰晶数量浓度与直径大于10 nm的颗粒总数之比计算。冰核活性表面密度(n年代）61计算为直径大于10 nm的颗粒的冰数浓度与总表面积之比。总体的不确定性n年代估计为±40%(参考。24)．粒子数和表面积浓度由“仪器”部分中描述的SMPS测量。

在扩展数据图。4，我们提供了如图所示的“热点条件”实验期间记录的测量数据的详细摘要。4，研究了直接由新颗粒生成的硝酸铵/硫酸铵颗粒的非均相结晶和冰成核能力。我们首先通过硝酸和氨蒸汽在223 K和15-30%相对湿度(在液态水上)成核形成纯硝酸铵颗粒。当粒径分布演化时(扩展数据图。4)在中位直径约100 nm时趋于平稳，我们打开UV灯并逐步注入SO2在03:33逐渐增加硫酸浓度(扩展数据图。4 b)．因此，在扩展数据图中。4摄氏度，气溶胶质谱仪的测量表明，在整个实验过程中，颗粒组成以硝酸铵为主，而在注入SO后约1小时出现硫酸盐2．最后，我们在扩展数据图中显示了冰成核测量。4 d．每个垂直轨迹代表mINKA的饱和度比扫描，用测量的冰活性分数(f冰)．在每次扫描中，我们使用水平的黑色破折号来指示对应的冰发作阈值f冰10−3．圆圈表示图中所示的相应扫描。4．

当硫酸盐与硝酸盐颗粒摩尔比小于0.0001时，在冰饱和比下检测到冰成核阈值(年代冰)约为1.6，与水溶液液滴均匀冻结阈值一致62．这一发现表明，如果颗粒以绝对纯净的硝酸铵(NH4没有3.)，即使在相对湿度非常低的情况下，它们也会以过冷液滴的形式存在，这与之前的研究一致22，63．随着颗粒硫酸盐与硝酸盐摩尔比逐渐增大至0.017左右，冰形核起始时间逐渐降低年代冰为1.2，是由结晶硝酸铵颗粒上的异质冰形核引起的23．已知晶体盐在低温下是有效的INP，当它们的潮解发生在相对湿度高于其非均质冰核活性的湿度范围时64．在以往的研究中，从硝酸铵/硫酸铵的体积溶液中雾化大尺寸(约1 μm)的颗粒，已经观察到硫酸盐的加入可以促进硝酸铵的结晶6，23，65．但这是第一次在代表对流层上层条件的原位粒子成核和结晶实验中得到证明。

粒子形成速率参数化

根据多组分体系的第一形核定理25时，我们将粒子形成速率参数化(J1.7)3.- h2所以4nh3.经验公式成核方案:

$ $ {J} _ {1.7} = k \ {[{{\ rm {H}}} _ {2} {{\ rm{所以}}}_ {4}]}^ {}\,{[{{\ rm {HNO}}} _ {3}]} ^ {b} {[{{\ rm {NH}}} _ {3}]} ^ {c} $ $
（5）

其中蒸汽浓度以厘米为单位−3而且k，一个，b而且c为自由参数。该方法已被先前的观测证实，粒子形成速率(J1.7)变化为成核蒸汽幂律函数的乘积。例如,J1.7对于三元硫酸，氨(和水)成核遵循对硫酸的立方依赖性8线性的8或二次19氨依赖性;J1.7对于硫酸的多组分成核，生物氧化有机物和氨对硫酸呈二次依赖关系，对两种有机物呈线性依赖关系66和氨11．的前因子k考虑到外部条件的影响，如温度和相对湿度，因此在不同的环境中是不同的。

为了分离变量，我们将硫酸、硝酸和氨的幂律指数分别拟合到只有相应蒸气浓度变化的实验数据集中。扩展数据图中的红色三角形、蓝色圆圈和黄色方块。5 a - c(扩展数据图中的实验相同。1,无花果。1和扩展数据图。2)，分别表明J1.7取决于[H]2所以4］3.对于2.6 × 10之间的硫酸52.9 × 106厘米−3(或0.008和0.09 pptv)，在[HNO3.］2对于硝酸在2.3 × 10之间81.7 × 109厘米−3(或7和52 pptv)和上[NH3.］4对于氨在1.7 × 10之间84.9 × 108厘米−3(或5和15 pptv)。硫酸的第三次幂指数与先前报道的三元H的参数化是一致的2所以4nh3.成核8，19．氨的四次方指数大于三元的四次方指数8，19或者多组分系统11，这强调了氨的关键作用，并建议在成核簇中进一步结合氨和硝酸分子。接下来，我们通过改装[H]的乘积来验证指数2所以4］3., (HNO3.］2和[NH3.］4到完整的数据集。扩展数据图。5 d表现出良好的一致性(R2= 0.9)，斜率为3.4 × 10−71年代−1厘米24成为前因素k：

$ $ {J} _{1.7}{10} = 3.4 \倍^ {-71}{[{{\ rm {H}}} _ {2} {{\ rm{所以}}}_ {4}]}^ {3}{[{{\ rm {HNO}}} _ {3}]} ^ {2} {[{{\ rm {NH}}} _ {3}]} ^ {4} $ $
(6）

这种参数化代表了亚洲季风对流层上层新粒子的形成，因为我们的实验条件是223 K和25%的相对湿度，以及硫酸的浓度67，68还有硝酸69，70，都在对流层的上层范围内，含有氨5，6典型的亚洲季风地区。然而，需要注意的是，宇宙辐射是在我们舱室的地面水平，如图扩展数据图中灰色点虚线所示。5 d．在对流层上层环境中，离子对的产生速率可高达10倍71，可能导致的进一步提高J1.7通过离子诱导成核，虽然中性通道在我们的实验中占优势。

估计粒子形成速率的温度依赖性

我们没有覆盖对流层上部的整个温度范围，而是集中在223 K。然而，为了使前一节中的参数化更适用于模型模拟，同时不夸大这种机制的作用，我们提供了对温度依赖性的一些约束J1.7对于HNO3.- h2所以4nh3.成核。一般来说，粒子的形成涉及HNO是肯定的3.会有很强的温度依赖性，变得更慢T增加。

的温度依赖性J1.7纯HNO3.nh3.成核的表达式为:

$ $ {J} _ {1.7} = k (T) f ([{{\ rm {HNO}}} _ {3}], [{{\ rm {NH}}} _ {3})) $ $
(7）

在这k（T)是一个与温度有关的经验速率常数，具有阿伦尼乌斯形式

$ $ k (T) = {{\ rm {e}}} ^{\离开(- \压裂{1}{T} \压裂{e} {R} \右)},$ $
（8）

在这T为绝对温度(单位:开尔文)，E活化能和R是通用气体常数。f([HNO3.]、[NH3.])是氨和硝酸浓度的函数(包括指前因子和自由拟合参数)。然后将该表达式拟合到我们之前研究中图3c中的数据集16，其中J1.7在只加入硝酸、氨和水蒸气的条件下进行测量，温度从258 K逐渐降低到249 K。因为在温度转变过程中氨和硝酸浓度几乎保持不变，我们处理f([HNO3.]、[NH3.)项作为一个常数来降低自由度。这个带有两个自由参数的表达式与数据吻合得很好，R2= 0.96。而合适的——E/R而且f([HNO3.]、[NH3.])为14000 K，为3.2 × 10−26,分别。

接下来，我们应用同样的方法k（T)项到HNO3.- h2所以4nh3.参数化(方程(9))，假设多组分成核遵循类似的温度依赖性:

$ $ {J} _{1.7}{10} = 2.9 \倍^ {-98}{{\ rm {e}}} ^{\离开(\压裂{14000}{T} \右)}{[{{\ rm {H}}} _ {2} {{\ rm{所以}}}_ {4}]}^ {3}{[{{\ rm {HNO}}} _ {3}]} ^ {2} {[{{\ rm {NH}}} _ {3}]} ^ {4} $ $
（9)

虽然这种依赖于温度的参数化可能不是这一过程的最终描述，但它跟踪了J1.7好。在4 × 10的事件6厘米−3H2所以4， 1.5 × 109厘米−3HNO3.5 × 108厘米−3NH3.时，多组分成核被淬火(J1.7< 0.01 cm−3年代−1)以上268k。这与观察结果一致，即硝酸和氨仅有助于在278 K时硫酸铵颗粒的生长(参考文献)。16)．在223 K时，参数化J1.7是306厘米−3年代−1，与我们在图中的测量值相匹配。2．对对流层上部和平流层下部的温度(198 K)进行参数化J1.7是8 × 105厘米−3年代−1这个速度仍然比其大约10的动能极限慢得多9-10年10厘米−3年代−1．

EMAC全局模型

ECHAM/凌乱大气化学(EMAC)模型是一个数值化学和气候模拟系统，包括描述对流层和中层大气过程及其与海洋、陆地和人类影响的相互作用的子模型72．它使用模块化地球子模型系统(MESSy2)的第二个版本来连接多机构计算机代码。大气环流由第五代欧洲中心汉堡环流模式(ECHAM5(参考文献)计算。73))和大气化学动力学对每个模型时间步进行求解。在本研究中，我们在t42l31ecmwf分辨率中应用了EMAC (ECHAM5版本5.3.02，凌乱版本2.54.0)，例如，球面截断T42(对应于纬度和经度约为2.8°× 2.8°的二次高斯网格)，31个垂直混合压力级别高达10 hPa。EMAC使用气溶胶动力学的模态表示(GMXe)，将气溶胶大小分布描述为7个相互作用的对数正态分布，其中4个模态是可溶的，3个模态是不可溶的。新粒子直接加入成核模式。应用的模型设置包括子模型新气溶胶成核(NAN)，其中包括近年来发表的气溶胶粒子形成速率的新参数化74．这些参数化包括离子诱导成核。计算离子诱导或离子介导成核所需的离子对生成速率使用子模型IONS进行描述，该子模型提供了离子对生成速率74．

TOMCAT全局模型

TOMCAT模型是一个全球三维脱机化学运输模型75，76．它以大约2.8°空间分辨率运行，例如在T42网格上运行的EMAC，由2008年ECMWF ERA-Interim再分析气象场驱动。我们还使用了31个从地表到10 hPa的混合sigma压力等级。云水中气体的溶解分数是通过平衡亨利定律的方法计算出来的，当温度低于- 20°C时，溶解分数设置为零。该模型包含了GLOMAP气溶胶微物理77来自HyDIS求解器的硝酸盐和铵78以及Gordon等人使用的新粒子形成的表示。3.．HyDIS求解器采用了一种复杂的方法，将硝酸和氨溶解到气溶胶相中，这是过程的动态表示之间的混合，其中包括质量运输所需的时间，以及不需要的平衡表示78．该求解器的主要限制是它假定所有气溶胶颗粒都是液体，这在对流层上部经常出现的寒冷干燥条件下可能是一个较差的近似。

云轨迹框架

我们使用Bardakov等人详细描述的云轨迹框架对氨输运过程进行了敏感性研究，并估计了从边界层到对流层上层对流后氨蒸汽的剩余分数。79，80．简而言之，本文采用大涡模拟(LES)模式MIMICA模拟对流系统的运动轨迹81，并选择一个代表云流出的包裹进行进一步分析(扩展数据图。8)．这里使用的气象廓线和云微物理方案与Bardakov等人的相同。80，产生了扩展数据图所示的水和冰水成物的高度依赖分布。8．根据亨利定律常数调整到云的pH值，计算了沿轨迹的气体在蒸汽和水相之间的分配，H* =H× 1.7 × 10(9−pH值)遵循《宋飞正传》和《潘迪丝》中氨的表达60．

然后，我们通过改变(1)液态水成水物的pH值(扩展数据图)来研究控制氨在模拟对流系统中的运输的因素。8 c）;(2)系统总水量(扩展数据图;8 d）;(3)冰水成物对氨分子的保留(扩展数据图。8 e)．在我们的基本情况模拟中，假定pH值具有高度依赖性，反映了靠近地表的酸的丰度较高，范围从4.5到5，与EMAC模拟中的代表性pH值一致。基本情况下的含水量与Bardakov等人的结果相同。80根据Ge等，冰滞系数为0.05。13不加冰块。

大气的解释

这项工作主要集中在亚洲季风区，部分原因是这个地区相当广泛，但也因为在这个地区测量到的氨浓度在对流层上部是最高的。尽管我们构建了协同HNO3.- h2所以4nh3.在适合亚洲季风对流层上层的情况下，物理学的应用范围更广——条件越冷，这种机制可能越重要。为了探索这种协同成核对大气的重要性，我们将实验结果、云分解模型和全球尺度的化学输运模型结合起来。在这些约束条件的基础上，新粒子形成的速率限制因素似乎是氨的对流输运和对流流出与背景上层自由对流层之间混合区的粒子生成速率;然而，确认这一点将需要广泛的实地和模拟研究。

一般来说，硝酸的范围在108和109厘米−3(参考文献。14，15)和硫酸含量介于约105和106厘米−3(参考文献。82，83)在热带对流层上层。典型的酸过量条件使主要的不确定因素是氨水平，而氨水平还没有得到很好的限制。虽然基于卫星的氨测量提供了全球范围内的空间分布，但由于光学上的厚云阻塞了氨信号，这些测量仅限于无云地区。然而，深对流和云冰川作用可能是上层对流层氨的主要来源。卫星可能无法捕捉到这一过程，因为它发生在云层附近，持续时间短，空间异质性高。这也可以解释为什么现场测量的氨浓度比卫星测量的高40倍6．

氨在大气中没有已知的化学来源，而是由云过程从表面运输，而硝酸和硫酸蒸汽主要是由云外氧化形成的。因此，这种协同成核很可能最初发生在对流云的流出中，其中释放的氨与预先存在的(背景)硝酸和硫酸混合。随后，当氨被滴定几个e-折叠次数(受该混合区冷凝汇的控制)，流出气流与背景空气充分混合，成核条件由富氨状态转变为限氨状态。因此，这些高度动态的过程是限制这种协同成核在亚洲季风和潜在的其他对流区域的气候影响的关键。然而，目前的环境测量证实了大量氨的存在，以及主要由硝酸铵组成的颗粒4，我们的实验表明协同HNO3.- h2所以4nh3.成核是亚洲季风对流层上部新粒子形成的可行机制。由于农业增长和气候变暖，全球氨排放量继续增加84，85，这种粒子形成机制的重要性将会增加。

此外，由于对流层上层几乎没有对团簇或新形成粒子的原位成分测量，我们只能从前体蒸汽或较大粒子的组成等间接证据推断主要粒子形成途径。先前建立的机制包括二元和三元硫酸成核，这推动了海洋或人为影响地区的新颗粒形成1，4，86，87含氧有机物的成核作用，在亚马逊盆地等原始植被地区占主导地位2，10，88和碘氧化产物的成核作用，这在海洋对流中可能特别重要89，90．然而，在亚洲季风地区，无机和有机蒸汽的混合排放可能会使粒子的形成机制复杂化。然而，已经证明硝酸铵通常可以解释对流层上部颗粒体积的一半以上6．这意味着HNO3.nh3.浓度可能高于所有其他可凝结蒸汽(即硫酸和含氧有机物)的总和。有了HNO3.- h2所以4nh3.在观察到的氨水平下，硫酸成核比二元和三元硫酸成核快几个数量级，因此我们推断协同HNO3.- h2所以4nh3.成核是亚洲季风对流层上层粒子形成的主要途径。这种无机途径和有机途径似乎不太可能在生长过程中拮抗，没有明显的相反迹象，似乎它们或多或少是成核本身的相加。然而，为了进一步研究不同成核方案之间的相互作用，我们将依赖于有关存在于亚洲季风对流层上层的有机蒸汽来源和特性的进一步信息。