Ilmakehän aerosoliprosessien ja aerosoliilmastovaikutuksen. tutkimus. Antti-Ilari Partanen Ilmatieteen laitos, Kuopion yksikkö

Transkriptio

1 Ilmakehän aerosoliprosessien ja aerosoliilmastovaikutuksen tutkimus Antti-Ilari Partanen Ilmatieteen laitos, Kuopion yksikkö

2 Sisältö Johdanto: Aerosolien vaikutus ilmastoon Käytetyt mallit: ECHAM5-HAM ja Glomap Tutkimuksia ja tuloksia Yhteenveto 2

3 Johdanto: aerosolien vaikutus ilmastoon Suora vaikutus: hiukkaset heijastavat (ja absorboivat) säteilyä 1. Epäsuora vaikutus: Enemmän pilvipisaroita -> suurempi heijastuskyky 2. Epäsuora vaikutus: vähemmän sadetta -> pilvien pidempi elinaika 3. Muutoksia pilvien dynamiikassa Ihmisperäisten aerosolihiukkasten vaikutus ilmastoon IPCC:n uusimman raportin mukaan: Suora vaikutus: 0,1 0,9 Wm Epäsuora: 0,3 1,8 Wm -2 vrt. CO2:n säteilypakote +1,66 Wm -2 3

4 Käytetyt mallit Globaalit mallit TOMCAT- GLOMAP ECHAM5 M7 SALSA 4

5 HAM ja M7 ECHAM:n standardiaerosolimalli Sisältää 7 lognormaalia moodia Hiukkasten koostumus Sulfaatista Merisuola Mineraalipöly Mustahiili Orgaaninen hiili 5

6 N, m N SALSA 3 nm 50 nm 700 nm 10 um d p Subrange 1 Subrange 2 Subrange 3 SU, OC SU, OC, BC, DU, SS SS Soluble Kokkola et al., 2008 SU, OC, BC, DU Kalvo: Tommi Bergman DU DU, WS Insoluble Insoluble, soluble coating

7 N, m N SALSA SALSA toimii seuraavissa malleissa: -ECHAM5 -MATCH (SMHI:n ilmanlaatumalli) -UCLA-LES (pilviskaalan malli) 3 nm 50 nm 700 nm 10 um d p Subrange 1 Subrange 2 Subrange 3 Kokkola et al., 2008 SU, OC SU, OC, BC, DU, SS SS Soluble SU, OC, BC, DU Kalvo: Tommi Bergman DU DU, WS Insoluble Insoluble, soluble coating

8 TOMCAT 3D offline CTM forced by ECMWF winds convective transport convective and resolved rain GLOMAP aerosol size spectrum (~ 1 nm 24 um) 2-moment (N and m) sectional scheme (moving centre method) Sources Microphysics Removal Emissions Anthrop. + volcanic SO 2 DMS from wind stress and DMS sea surface concentration Sea salt and mineral dust generation functions BC and OC from fuel and biomass burning Sulphur chemistry 8 sulphur species, 8 sulphur reactions Aqueous phase chemistry Oxidants: full chemistry run Nucleation and condensation Binary H2SO4/H2O nucleation Condensation growth Coagulation Fast semi-implicit numerical solution Hygroscopic growth Equilibrium size given by Kohler equation Dry deposition Dry deposition of aerosol Clouds Prognostic convective and frontal rain In-cloud and below-cloud aerosol/gas scavenging Cloud processing in diagnosed low-level clouds

9 Aerosolien vaikutus ilmastoon GLOMAP:issa Pilvien ominaisuudet Aerosolihiukkaset Säteily Ilmasto

10 Aerosolien ja ilmaston vuorovaikutus ECHAM-HAM:ssa Pilvien ominaisuudet Aerosolihiukkaset Aerosolien ja pilvien vuorovaikutus Säteily Ilmasto Aerosolien suora vaikutus

11 Tutkimuksia ja tuloksia 11

12 Maapallon viilentäminen merisuolalla Partanen et al.,

13 Muutos pilvipisarapitoisuudessa N. Pacific ΔCDNC = 74% CDNC = 194 #/cm 3 Lasketut pilvipisarapitoisuudet aikaisempia oletuksia alhaisempia S. Pacific ΔCDNC = 80% CDNC = 236 #/cm 3 S. Atlantic ΔCDNC = 75% CDNC = 286 #/cm 3 Toisaalta pilvipisarapitoisuudet ja niiden suhteelliset muutokset injkektioliden seurauksena ovat korkeampia kuin GLOMAP-simulaatioista saadut [Korhonen et al., 2010] Partanen et al., 2012

14 Suora ja epäsuora vaikutus Suora vaikutus: 0.1 Wm 2 IEpäsuora vaikutus 0.7 Wm 2 Epäsuora vaikutus melkein 90% kokonaisvaikutuksesta Globaali keskiarvo kokonaisvaikutuksesta 0.8 Wm 2 Tulos samaa luokkaa yhden aikaisemman ilmastomallitutkimuksen kanssa Huomaa eri skaalat! Partanen et al., 2012

15 Kasvaneet tuulen nopeudet ja aerosolihiukkaset Eteläisen pallonpuoliskon tuulen nopeudet ovat kasvaneet viime vuosikymmeninä Suurempi pilvien heijastuskyky Ilmaston lämpene minen 1. Kasvaneet tuulen nopeudet Merisuolahiukkaset muodostavat negatiivisen palautekytkennän Enemmän pilvipisaroita Kasvaneet merisuolapäästöt Korhonen et al.,

16 Yhteenveto Aerosolihiukkasten epäsuoran vaikutuksen mallintaminen sisältää edelleen suuria epävarmuuksia Kuopion yksikössä aerosolien globaalien vaikutusten mallintamiseen käytetään ECHAM-HAM:ia ja GLOMAP:ia 16