Wpływ aerozolu na zmiany transferu promieniowania krótko- i długofalowego w atmosferze- badania eksperymentalne.

(1)

Wpływ aerozolu na zmiany transferu promieniowania krótko- i długofalowego

w atmosferze- badania eksperymentalne.

Krzysztof M. Markowicz

(2)

• badanie wpływu wilgotności względnej na właściwości optyczne cząstek oraz na wymuszanie radiacyjne przez aerozol

• oszacowanie wymuszania radiacyjnego przez aerozol dla promieniowania długofalowego (okno atmosferyczne)

• badanie roli silnie absorbującego aerozolu na zmiany promieniowania słonecznego w atmosferze

• porównanie lokalnych właściwości aerozoli pomiędzy: Oceanem

Poprawienie naszej znajomości bezpośredniego wpływu aerozolu na bilans promieniowania krótko- oraz

długofalowego.

Cel ten starano się osiągnąć poprzez:

Cele naukowe

(3)

Zanieczyszczenia atmosfery zwane inaczej aerozolami to małe cząstki stałe lub ciekłe powstające w sposób naturalny oraz w wyniku działalności gospodarczej człowieka.

Rodzaje aerozoli:

• sól morska

• drobiny piasku

• sadza

• siarczany, azotany

• związki organiczne

• pyły (wulkaniczny)

niehigroskopijny higroskopijny

Aerozole

(4)

Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat

warstwa aerozolu

redukcja promieniowana słonecznego dochodzącego do

wzrost absorpcji w atmosferze wzrost albeda

planetarnego

(5)

Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat cd.

(6)

Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat cd.

(7)

F

_o

/4 T

_eff

σT

⁴

F

_TOA

(R, T

_eff^,

T) aerozol

RF

_o

/4

W stanie równowagi:

F

_o

(1-R)/4=T

_eff

T

⁴

Efekt bezpośredni

(8)

A=(F

^

-F

^

)

_aerosol

- (F

^

-F

^

)

_clear

F

^

strumień promieniowania w górę F

^

strumień promieniowania w dół

Wymuszanie radiacyjne:

1) na szczycie atmosfery 2) na powierzchni ziemi 3) w atmosferze

Wymuszanie radiacyjne przez aerozol- definicja

(9)

) ,

; ( J ) ,

; ( d I

) ,

; (

dI        







 

I- radiancja, - cosinus kąta zenitalnego , -kat azymutalny, - grubość optyczna, J- funkcja źródłowa

 

^ ^ ^





H

0

ext

2Q (2 r/ ,m)n(r)dr r

dz



 e F



F

_o

F

_o

warstwa aerozolu





_o





_o

I

d

Transfer promieniowana przez atmosferę

(10)

 

^













 







 









 

 

















 

 







2

0 1

1 o

o o

oP( , ; , )exp (1 )B(T( ))

4 F ) ' ,'

; , ( P ) ,'

; ( I ' d ' 4 d

) ,

; ( J

ext scat



 

- jest albedem pojedynczego rozpraszania



P- funkcja fazowa rozpraszania

Funkcja źródłowa

wielokrotne

rozpraszanie pojedyncze rozpraszanie wypromieniowanie długofalowe

F

_o

stała słoneczna, B funkcja Planck’a,



_o

cosinus kata zenitalnego słońca,



_o

kąt azymutalny słońca.

Transfer promieniowana przez atmosferę cd.

(11)

1) grubość optyczna

2) albedo pojedynczego rozpraszania

3) funkcje fazowa rozpraszana lub parametr asymetrii

1) wymuszanie radiacyjne A

2) efektywność wymuszania radiacyjnego: F

_eff

=A/

Optyczne właściwości aerozolu określane są przez :

Radiacyjne właściwości aerozolu określane są przez :

(12)

Badania wpływu aerozolu na klimat

(13)

• grubość optyczna aerozolu (sunphotometr) 

• współczynniki rozpraszania i absorpcji dla aerozolu (Nephelometr, PSAP) 

• pionowe profile współczynników rozpraszania oraz rozpraszania do tyłu na aerozolu (MPL Lidar)

• strumienie promieniowania słonecznego (pyranometr, BSI, ASD pyrhelometr) oraz ziemskiego (pyrgeometr, FTIR) na powierzchni ziemi F

Prowadzone pomiary optycznych i radiacyjnych właściwości aerozoli w Prowadzone pomiary optycznych i radiacyjnych właściwości aerozoli w

czasie eksperymentów czasie eksperymentów

Wykorzystane w pracy pomiary chemiczne:

• składu chemicznego aerozolu

• koncentracji aerozolu (sól morska, siarczany, piasek, związki organiczne, sadza i inne)

• strumienie promieniowania na szczycie atmosfery (CERES) F_TOA

(14)

Wpływ wilgotności na optyczne i radiacyjne właściwości aerozoli Wpływ wilgotności na optyczne i radiacyjne właściwości aerozoli

2. wyniki

a) istnieje silna zależność pomiędzy wilgotnością powietrza a grubości optycznej aerozolu i albeda pojedynczego rozpraszania

1. wcześniejsze prace na ten temat

•wymuszanie radiacyjne szacowane tylko na podstawie przybliżonych wzorów

•uważa się ze efektywność wymuszana radiacyjnego przez jest w przybliżeniu stała i wynosi około -80Wm^-2 (Kaufman ,2002)

(15)

Wpływ wilgotności na optyczne i radiacyjne właściwości aerozoli cd.

b) wilgotność powietrza istotnie zmienia efektywność wymuszania radiacyjnego

•efektywność wymuszenia radiacyjnego na powierzchni ziemi maleje (wartość bezwzględna) ze wzrostem wilgotności względnej natomiast rośnie na szczycie atmosfery

• wzrost wilgotności względnej od 60% do 90% powoduje spadek efektywności wymuszania radiacyjnego o około 15 Wm^-2 i wzrost o 2 Wm^-2 na szczycie atmosfery.

(16)

Wymuszanie radiacyjne przez aerozol dla promieniowania długofalowego Wymuszanie radiacyjne przez aerozol dla promieniowania długofalowego

(ziemskiego).

dotychczas sądzono, że wpływ aerozolu na transfer promieniowania długofalowego jest zaniedbywanie mały.

Wyniki:

•wymuszanie radiacyjne przez aerozole w oknie atmosferycznym jest dodatnie zarówno na powierzchni ziemi jak na szczycie atmosfery.

•efekt w podczerwieni jest około 5-10 razy słabszy niż dla obszaru krótkofalowego (ACE-Asia).

•tylko duże cząstki (sól morska, piasek i pyły) efektywnie oddziaływają z promieniowaniem długofalowym

•efektywność wymuszenia radiacyjnego jest

około 2-3 razy większa na powierzchni ziemi niż na szczycie atmosfery.

(17)

• aerozol w podczerwieni wpływa podobnie na klimat jak chmury

• efektywność wymuszania radiacyjnego przez aerozol w podczerwieni jest linową funkcja grubości optycznej dla 10 m i zależy od stosunku temperatury powierzchni ziemi do średnia temperatury warstwy aerozolu

•aerozol nisko

•aerozol wysoko

Wymuszanie radiacyjne przez aerozol dla promieniowania długofalowego Wymuszanie radiacyjne przez aerozol dla promieniowania długofalowego

(ziemskiego) cd.

(18)

Rola silnie absorbujących aerozoli w bilansie promieniowania Rola silnie absorbujących aerozoli w bilansie promieniowania

słonecznego- Eksperyment MINOS.

F

^₁

F

^₂

F

^₁

>F

^₂

(19)

Główne wyniki

1. pożary zwiększają (bezwzględna wartość) efektywność wymuszania radiacyjnego na powierzchni ziemi natomiast zmniejszają wymuszanie radiacyjne na szczycie atmosfery

okres 0.3 -4 m 0.4-0.7

m

pożary -88 Wm^-2 -52 -90

bez pożarów

-71 -39 -69

0.3 -4 m z BSI

około 60% krótkofalowego wymuszenia radiacyjnego występuję w obszarze widzialnym

Rola silnie absorbujących aerozoli w bilansie promieniowania Rola silnie absorbujących aerozoli w bilansie promieniowania

słonecznego- Eksperyment MINOS cd.

(20)

3) wymuszanie radiacyjne na szczycie atmosfery około 3-krotnie przewyższa wymuszania radiacyjne CO₂

4) redukcja promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi o około 6%