The formation of secondary organic aerosol (SOA) in an anthropogenic‐influenced region in the southeastern United States is investigated by a comparison with urban plumes in the northeast. The analysis is based on measurements of fine‐particle organic compounds soluble in water (WSOC) as a measure of secondary organic aerosol. Aircraft measurements over a large area of northern Georgia, including the Atlanta metropolitan region, and in plumes from New York City and surrounding urban regions in the northeast show that fine‐particle WSOC are spatially correlated with vehicle emission tracers (e.g., CO), yet the measurements indicate that vehicles do not directly emit significant particulate WSOC. In addition to being correlated, WSOC concentrations were in similar proportions to anthropogenic tracers in both regions, despite biogenic volatile organic compounds (VOCs) that were on average 10–100 times higher over northern Georgia. In contrast, radiocarbon analysis on WSOC extracted from integrated filters deployed in Atlanta suggests that roughly 70–80% of the carbon in summertime WSOC is modern. If both findings are valid, the combined results indicate that in northern Georgia, fine‐particle WSOC was secondary and formed through a process that involves mainly modern biogenic VOCs but which is strongly linked to an anthropogenic component that may largely control the mass of SOA formed. Independent of the radiocarbon results, a strong association between SOA and anthropogenic sources has implications for control strategies in urban regions with large biogenic VOC emissions.

Nitrogen oxides in the lower troposphere catalyze the photochemical production of ozone (O 3 ) pollution during the day but react to form nitric acid, oxidize hydrocarbons, and remove O 3 at night. A key nocturnal reaction is the heterogeneous hydrolysis of dinitrogen pentoxide, N 2 O 5 . We report aircraft measurements of NO 3 and N 2 O 5 , which show that the N 2 O 5 uptake coefficient, g(N 2 O 5 ), on aerosol particles is highly variable and depends strongly on aerosol composition, particularly sulfate content. The results have implications for the quantification of regional-scale O 3 production and suggest a stronger interaction between anthropogenic sulfur and nitrogen oxide emissions than previously recognized.

Abstract. Laboratory calibrations of the Cloud Droplet Probe (CDP) sample area and droplet sizing are performed using water droplets of known size, generated at a known rate. Although calibrations with PSL and glass beads were consistent with theoretical instrument response, liquid water droplet calibrations were not, and necessitated a 2 μm shift in the manufacturer's calibration. We show that much of this response shift may be attributable to a misalignment of the optics relative to the axis of the laser beam. Comparison with an independent measure of liquid water content (LWC) during in-flight operation suggests much greater biases in the droplet size and/or droplet concentration measured by the CDP than would be expected based on the laboratory calibrations. Since the bias in CDP-LWC is strongly concentration dependent, we hypothesize that this discrepancy is a result of coincidence, when two or more droplets pass through the CDP laser beam within a very short time. The coincidence error, most frequently resulting from the passage of one droplet outside and one inside the instrument sample area at the same time, is evaluated in terms of an "extended sample area" (SAE), the area in which individual droplets can affect the sizing detector without necessarily registering on the qualifier. SAE is calibrated with standardized water droplets, and used in a Monte-Carlo simulation to estimate the effect of coincidence on the measured droplet size distributions. The simulations show that extended coincidence errors are important for the CDP at droplet concentrations even as low as 200 cm−3, and these errors are necessary to explain the trend between calculated and measured LWC observed in liquid and mixed-phase clouds during the Aerosol, Radiation and Cloud Processes Affecting Arctic Climate (ARCPAC) study. We estimate from the simulations that 60% oversizing error and 50% undercounting error can occur at droplet concentrations exceeding 400 cm−3. Modification of the optical design of the CDP is currently being explored in an effort to reduce this coincidence bias.

We present measurements of organic aerosol (OA) in urban plumes from Houston and Dallas/Fort Worth as well as in industrial plumes in the Houston area during TexAQS‐2006. Consistent with the TexAQS‐2000 study, measurements show greater amount of aerosol mass downwind of the industrial centers compared to urban areas. This is likely due to higher emission and processing of volatile organic compounds (VOCs) from the industrial sources along the Houston ship channel. Comparisons of the current measurements with observations from the northeastern (NE) United States indicate that the observed ratios of the enhancement above background in OA, ΔOA, to the enhancement above background in CO, ΔCO, downwind of urban centers of Houston and Dallas/Fort Worth are within a factor of 2 of the same values in plumes from urban areas in the NE United States. In the ship channel plumes, ΔOA/ΔCO exceeds that in the urban areas by factors ranging from 1.5 to 7. We use a chemical box model to simulate secondary organic aerosol (SOA) formation from anthropogenic and biogenic VOCs in different plumes using recently reported dependencies of SOA yields on VOC/NO x ratios. Modeled SOA to CO enhancement ratios are within a factor of 2 of measurements. The increase in SOA from biogenic VOCs (BVOCs) predicted by the chemical box model as well as by a separate analysis using a Lagrangian particle dispersion model (FLEXPART) is <0.7 μ g per standard m 3 (sm −3 ). We find no evidence for a substantial influence of BVOCs on OA formation in our measurements in Houston area.

During the ARCPAC (Aerosol, Radiation, and Cloud Processes affecting Arctic Climate) airborne field experiment in April 2008 in northern Alaska, about 50 plumes were encountered with the NOAA WP‐3 aircraft between the surface and 6.5 km. Onboard measurements and the transport model FLEXPART showed that most of the plumes were emitted by forest fires in southern Siberia‐Lake Baikal area and by agricultural burning in Kazakhstan‐southern Russia. Unexpectedly, these biomass burning plumes were the dominant aerosol and gas‐phase features encountered in this area during April. The influence on the plumes from sources other than burning was small. The chemical characteristics of plumes from the two source regions were different, with higher enhancements relative to CO for most gas and aerosol species from the agricultural fires. In 2008, the fire season started earlier than usual in Siberia, which may have resulted in unusually efficient transport of biomass burning emissions into the Arctic.

Dimethyl sulfide (DMS), emitted from the oceans, is the most abundant biological source of sulfur to the marine atmosphere. Atmospheric DMS is oxidized to condensable products that form secondary aerosols that affect Earth's radiative balance by scattering solar radiation and serving as cloud condensation nuclei. We report the atmospheric discovery of a previously unquantified DMS oxidation product, hydroperoxymethyl thioformate (HPMTF, HOOCH2SCHO), identified through global-scale airborne observations that demonstrate it to be a major reservoir of marine sulfur. Observationally constrained model results show that more than 30% of oceanic DMS emitted to the atmosphere forms HPMTF. Coincident particle measurements suggest a strong link between HPMTF concentration and new particle formation and growth. Analyses of these observations show that HPMTF chemistry must be included in atmospheric models to improve representation of key linkages between the biogeochemistry of the ocean, marine aerosol formation and growth, and their combined effects on climate.

Abstract. We present an overview of the background, scientific goals, and execution of the Aerosol, Radiation, and Cloud Processes affecting Arctic Climate (ARCPAC) project of April 2008. We then summarize airborne measurements, made in the troposphere of the Alaskan Arctic, of aerosol particle size distributions, composition, and optical properties and discuss the sources and transport of the aerosols. The aerosol data were grouped into four categories based on gas-phase composition. First, the background troposphere contained a relatively diffuse, sulfate-rich aerosol extending from the top of the sea-ice inversion layer to 7.4 km altitude. Second, a region of depleted (relative to the background) aerosol was present within the surface inversion layer over sea-ice. Third, layers of dense, organic-rich smoke from open biomass fires in southern Russia and southeastern Siberia were frequently encountered at all altitudes from the top of the inversion layer to 7.1 km. Finally, some aerosol layers were dominated by components originating from fossil fuel combustion. Of these four categories measured during ARCPAC, the diffuse background aerosol was most similar to the average springtime aerosol properties observed at a long-term monitoring site at Barrow, Alaska. The biomass burning (BB) and fossil fuel layers were present above the sea-ice inversion layer and did not reach the sea-ice surface during the course of the ARCPAC measurements. The BB aerosol layers were highly scattering and were moderately hygroscopic. On average, the layers produced a noontime net heating of ~0.1 K day−1 between 3 and 7 km and a slight cooling at the surface. The ratios of particle mass to carbon monoxide (CO) in the BB plumes, which had been transported over distances >5000 km, were comparable to the high end of literature values derived from previous measurements in wildfire smoke. These ratios suggest minimal precipitation scavenging and removal of the BB particles between the time they were emitted and the time they were observed in dense layers above the sea-ice inversion layer.

Abstract Brown carbon aerosol consists of light‐absorbing organic particulate matter with wavelength‐dependent absorption. Aerosol optical extinction, absorption, size distributions, and chemical composition were measured in rural Alabama during summer 2013. The field site was well located to examine sources of brown carbon aerosol, with influence by high biogenic organic aerosol concentrations, pollution from two nearby cities, and biomass burning aerosol. We report the optical closure between measured dry aerosol extinction at 365 nm and calculated extinction from composition and size distribution, showing agreement within experiment uncertainties. We find that aerosol optical extinction is dominated by scattering, with single‐scattering albedo values of 0.94 ± 0.02. Black carbon aerosol accounts for 91 ± 9% of the total carbonaceous aerosol absorption at 365 nm, while organic aerosol accounts for 9 ± 9%. The majority of brown carbon aerosol mass is associated with biomass burning, with smaller contributions from biogenically derived secondary organic aerosol.

Although laboratory experiments have shown that organic compounds in both gasoline fuel and diesel engine exhaust can form secondary organic aerosol (SOA), the fractional contribution from gasoline and diesel exhaust emissions to ambient SOA in urban environments is poorly known. Here we use airborne and ground‐based measurements of organic aerosol (OA) in the Los Angeles (LA) Basin, California made during May and June 2010 to assess the amount of SOA formed from diesel emissions. Diesel emissions in the LA Basin vary between weekdays and weekends, with 54% lower diesel emissions on weekends. Despite this difference in source contributions, in air masses with similar degrees of photochemical processing, formation of OA is the same on weekends and weekdays, within the measurement uncertainties. This result indicates that the contribution from diesel emissions to SOA formation is zero within our uncertainties. Therefore, substantial reductions of SOA mass on local to global scales will be achieved by reducing gasoline vehicle emissions.