Ο ρόλος του νερού στην επιβολή κλίματος αερολύματος
Γνωρίζουμε τον ρόλο που παίζουν τα αέρια του θερμοκηπίου ως η κινητήρια δύναμη πίσω από την κλιματική αλλαγή, μέσω της απορρόφησης της ακτινοβολίας μακρών κυμάτων και της θέρμανσης της κατώτερης ατμόσφαιρας. Ένας λιγότερο γνωστός συμμετέχων στην ακτινοβολία είναι το ατμοσφαιρικό αεροζόλ. Λόγω της μικρής διάρκειας ζωής τους που είναι της τάξης της μιας εβδομάδας, ο αντίκτυπος του αερολύματος στο κλίμα είναι περιφερειακός και όχι παγκόσμιος αντίκτυπος μακρόβιων ειδών όπως το CO2 και CH4 . Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια εξαναγκάζουν το κλίμα εμποδίζοντας την ορατή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων, δημιουργώντας έτσι ένα καθαρό αποτέλεσμα ψύξης στην κατώτερη ατμόσφαιρα, γνωστό ως άμεση ακτινοβολία. Όπως CO2, Τα αερολύματα είναι προϊόντα καύσης ορυκτών καυσίμων και βιομάζας, αλλά σχηματίζονται επίσης από τη σκόνη του εδάφους και του σκυροδέματος, το θαλασσινό αλάτι και τις οργανικές βιογενείς εκπομπές.
Επιπλέον, αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια σχηματίζουν τους πυρήνες των σπόρων για σταγονίδια σύννεφων. Ο αριθμός, το μέγεθος και η χημεία του αερολύματος επηρεάζουν τις ιδιότητες του νέφους, όπως η ανακλαστικότητα του νέφους ή το albedo, η διάρκεια ζωής του νέφους και η πιθανότητα βροχόπτωσης. Μια έγχυση μικρού αερολύματος ρύπανσης σε ένα σύννεφο μπορεί να μειώσει το μέγεθος των σταγονιδίων του σύννεφου, να ενισχύσει το αλβέντο του νέφους και επίσης να αλλάξει τη διάρκεια ζωής του νέφους.
Τα αερολύματα, το νερό, τα σύννεφα και η ακτινοβολία σχηματίζουν ένα στενά συνδεδεμένο σύστημα με πολλαπλές ανατροφοδοτήσεις που διαταράσσουν το κλίμα ψύχοντας ή θερμαίνοντας την ατμόσφαιρα, αλλάζοντας τον υδρολογικό κύκλο και ενδεχομένως επηρεάζοντας την κυκλοφορία μικρής κλίμακας. Η πρόβλεψη αυτού του εξαναγκασμού είναι μια πρόκληση όχι μόνο από τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις τους αλλά και λόγω της μεγάλης μεταβλητότητας αυτών των τεσσάρων παραμέτρων στο χώρο και στο χρόνο. Ένα πρώτο βήμα για την κατανόηση αυτών των αλληλεξαρτήσεων είναι ο χαρακτηρισμός της πρόσληψης νερού στα αερολύματα.
Στην εργασία μας στο Journal of Atmospheric Research, χαρακτηρίσαμε αλλαγές στην πρόσληψη νερού αερολύματος που σχετίζονται με το μέγεθος και τη χημεία του αερολύματος, μελετώντας τις αλλαγές στις οπτικές ιδιότητες του αερολύματος:πώς το αεροζόλ διασκορπίζει και απορροφά το ορατό φως. Τα δεδομένα για αυτό το έγγραφο προέρχονται από μια μακροχρόνια μελέτη της υγροσκοπικής ανάπτυξης αερολύματος σε μια μονάδα έρευνας για το κλίμα του Τμήματος Ενέργειας στην Οκλαχόμα. Το αεροζόλ από αυτήν την τοποθεσία είναι χαρακτηριστικό μιας γεωργικής περιοχής μεσαίου γεωγραφικού πλάτους με εποχιακούς κύκλους ανάπτυξης. Τα δεδομένα και οι παράμετροι που προκύπτουν από αυτήν τη μελέτη θα χρησιμεύσουν ως δεδομένα για μεγαλύτερα κλιματικά μοντέλα ή δορυφορικές ανακτήσεις δεδομένων που βοηθούν στον προσδιορισμό της επίδρασης των αερολυμάτων στο κλίμα.
Καθώς το αεροζόλ μεγαλώνει σε μέγεθος από την πρόσληψη νερού, η σκέδαση του φωτός στο αεροζόλ αυξάνεται. Η ποσότητα των διάσπαρτων κλιμάκων φωτός με το εμβαδόν της επιφάνειας του αερολύματος έτσι ώστε μια αύξηση 20% σε 1um σωματίδιο διαμέτρου από την πρόσληψη νερού μεταφράζεται περίπου σε 44% αύξηση του φωτός που διαχέεται από αυτό το σωματίδιο. Χρησιμοποιούμε την ισχυρή σχέση του μεγέθους του αερολύματος με το διάσπαρτο μήκος κύματος φωτός και τη γωνιακή εξάρτηση για να μετρήσουμε πώς το μέγεθος των σωματιδίων συσχετίζεται με το υγροσκοπικό δυναμικό ανάπτυξης του αερολύματος. Στη συνέχεια συνδέσαμε τη χημεία του αερολύματος με το μέγεθος και την υγροσκοπική ανάπτυξή του με μετρήσεις με φασματόμετρο μάζας των ανόργανων και οργανικών συστατικών του αερολύματος.
Τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας δείχνουν ότι η συμπεριφορά υγροσκοπικής ανάπτυξης αερολύματος ποικίλλει ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας μεγέθους αερολύματος. Η πρόσληψη νερού από αεροζόλ με %RH στη μικρότερη λειτουργία αυξήθηκε με το μέγεθος του αερολύματος. Ενώ η πρόσληψη νερού με %RH στη μεγαλύτερη λειτουργία μειώθηκε με το μέγεθος των σωματιδίων. Οι μετρήσεις της χημείας του αερολύματος βοήθησαν να εξηγηθεί αυτή η συμπεριφορά δείχνοντας ότι η οργανική σύνθεση μειώνεται και η σύνθεση ανόργανου άλατος αυξάνεται με το μέγεθος των σωματιδίων στη μικρότερη λειτουργία. Η μικρότερη ανάπτυξη με την αύξηση του μεγέθους στη λειτουργία μεγαλύτερου αερολύματος πιθανότατα οφειλόταν στη μεγαλύτερη συμβολή των υγροφοβικών σωματιδίων σκόνης.
Σε ένα ευρύτερο κλιματικό πλαίσιο, τα μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να προβλέψουν την επίδραση του αερολύματος στο σύννεφο και την ακτινοβολία με εκπομπές οργανικών, νιτρικών, θειικών και σκόνης. Οι αλλαγές στα πρότυπα πυρκαγιάς, την υγρασία του εδάφους και την καύση ορυκτών καυσίμων αλλάζουν το μέγεθος του αερολύματος, τη χημεία, την πρόσληψη νερού και με τη σειρά τους το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης και τις ιδιότητες των νεφών.
Αυτή η μελέτη, Επτά χρόνια μετρήσεων υγροσκοπικής ανάπτυξης σκέδασης αερολύματος από το SGP:Παράγοντες που επηρεάζουν την πρόσληψη νερού δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Journal of Geophysical Research:Atmospheres .
