Atmosfääriaerosooli optiliste ja mikrofüüsikaliste omaduste uurimine lokaalsete mõõtmiste ning kaugseire abil

Ülle Kikas, Aivo Reinart, Eduard TammTartu Ülikooli keskkonnafüüsika instituut

Tänu: H. Iher, M. Vaht, J. Tenson, T. Bernotas, U. Veismann, A. Kallis, O. Kärner, M. Sulev

Uuringud TÜ keskonnafüüsika instituudis

Aerosooli mõju UV kiirgusele Aerosoolisamba optiliste ja pinnalähedase

aerosooli mikrofüüsikaliste omaduste seos Regionaalsed aerosoolitüübid ja -

komponendid

ANDMED ja METOODIKA:Pinnalähedase aerosooli suurusjaotuste mõõtmisedUV kiirguse mõõtmisedAERONET AOT ja aerosooliandmedTOMS UV ja aerosooliandmedÕhumasside trajektoorid, HYSPLITKiirguslevi modelleerimine, LibRadtranOptiliste omaduste modelleerimine, OPAC

Atmosfääriaerosool on kõige ebatäpsemalt hinnatud faktor atmosfääri kiirgusbilansi muutustes Muutused (W m–2) perioodil 1850–2000. Positiivne muutus toetab kliima soojenemist, negatiivne jahtumist. Mishchenko, M.I., et al., 2005.

Atmosfääriaerosool suurendab satelliit-kaugseire ebatäpsust

Aerosooli ajaline ja ruumiline variatiivsus väga suur

A t m o s f ä ä r I a e r o s o o l

UV kiirguse vähenemine maapinnal selgetel päevadel

Pikaajaline keskmine 12 % – 25% (Liu et al. ,1991; Madronich et al. 1998 )

Lühiajaline vähenemine 50 – 75%

AOT Tõraveres 2002. a. suvel. Protsent näitab maapealse UV indeksi vähenemist Pärnus võrrreldes aerosoolivaba atmosfääriga.

Aerosooli mõju UV kiirgusele Pärnus

Põhjused: UV kiirguse lainepikkusega (300 – 400 nm)

võrreldava diameetriga aerosooliosakeste suur kontsentratsioon

UV kiirguse intensiivne hajumine aerosoolis

Aerosooli mõju kiirguslevile

Aerosooli mikrofüüsikalised omadused

mõjutavad kiirguse hajumist ja neeldumist

Aerosooli optilised omadusedAerosooli optiline paksus (AOT)

AOT spektraalne sõltuvus (Ångströmi koeffitsiendid ja )Ühekordse hajumise albeedo

hajumise osa kiirguse aerosoolses nõrgenemises1- neeldumise osa kiirguse nõrgenemises

Meteoroloogilised tingimused

Kiirguse hajumist ja neeldumist mõjutavad:

Osakeste kontsentratsioon ja suurusjaotus Keemiline koostis:

Murdumisnäitaja HajumistegurNeeldumistegur (must süsinik, rauaoksiidid)Hügroskoopsus

Kuju ja ehitus Ainete segunemisviis aerosoolis

Mõõtmised Tõraveres 2004. a. suvel:

Kuni 60% aerosoolisamba optilistest omadustest sõltub suurusjaotusestKuni 28% atmosfääris leiduva veeauru hulgast Kuni 5% murdumisnäitajast

Parametriseerimine lihtsustab aerosooli kirjeldamist mudelites Näide aerosooli jaotamisest tüüpideks ja komponentideks (Hess et al. 1998)

AEROSOOL

Puhas mandriline Saastatud mandriline Saastatud mereline Kõrbeline

Vees lahustuv

Vees lahustumatu

Tahm

Vees lahustuv

meresool (acc.)

meresool (coa)

Parametriseerimiseks kasutatud meetodid

A. Aerosoolitüüpide hindamine lähtudes TOMS ja AERONET andmete võrdlusest

B. Aerosoolikomponentide sisalduse hindamine: mõõdetud suurusjaotuste lahutamine komponentideks; komponentide segu optiliste omaduste modelleerimine

A. Aerosoolitüüpide hindamineTOMS AI seostub AOT väärtustega, kui aerosoolitüüp on teada (Torres et al. 2002) :

AI C AOT

Grupid1 : 340 < 0.2 – mitteadekvaatsed AI väärtused2, 3, 4 – vastavalt C väärtustele

0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1 ,0 1 ,2 1 ,4

A E RO NE T 340

0

10

20

30

40

50

60

70

80

TO

MS

AI

/ A

ER

ON

ET

34

0

3

2

4

A. Aerosoolitüüpide karakteristikud

Aerosol type340 ext

Refrreal

441

Refrimag

441

VolTµm3

µm-2

N cm-3

.12<R<1µm

UVDiff%

1 Continental Clean & Maritime Clean

N-NW

0.13 1.19 1.36 .034 .03 41 22

2 Maritime Polluted & Continental Average

W 0.35 1.61 1.37 .012 .07 88 19

3 Continental Polluted S-SE

0.76 1.58 1.42 .011 .16 175 37

4Continental Average & Smoke

E-SE

1.15 1.27 1.48 .009 .25 180 32

Grupid eristusid 95% usaldusnivool ka teiste karakteristikute järgi

Leitud aerosoolitüüpidele iseloomulikud õhumassi trajektoorid

July 29 2002

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.01 0.10 1.00 10.00

Diameter, µm

B. Aerosooli suurusjaotuste lahutamine komponentideksSeptember 12, 2002

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.01 0.10 1.00 10.00

Diameter, µm

Measured

Fit result

Insoluble

Soot

Water-soluble

Sea salt acc.

Biomassregional haze

RH = 70%RH = 50%

Reaalsete atmosfääritingimuste (suhtelise niiskuse) arvestamine

Aerosooli keemilise koostise arvestamine

B. Aerosooli komponentkoostis 17 päeva keskmine sisalduvus % (ruumala järgi) ja standardhälve (Pärnu, 2002)

Komponent 4 OPAC, varying rdry

10%

4 OPAC + biomassi vine

Tahm (must süsinik)

1.2 1.4 1.9 1.8

Vees lahustumatu

23.1 8.3 23.0 10.1

Vees lahustuv 44.0 10.8 14.2 8.2 Meresool (akumul.)

31.6 6.2 23.7 12.8

Biomassi vine - 36.6 12.6 Kokku 98.4 7.6 99.5 5.9

Mõõdetud ruumkontsentratsioon varieerus 13 – 80 µg m-3

Kokkuvõte 1Maapealsete mõõtmiste kõrvutamine kaugseire

tulemustega näitas, et kuni 60 % aerosoolisamba optilise tiheduse variatsioonist on kirjeldatav aerosooli suurusjaotuse ja kuni 28% atmosfääri veesisalduse varieerumisega

2002. a. suve selgetel päevadel mõjutas atmosfääriaerosool oluliselt UV kiirguse doose maapinnal. UV vähenemine oli suhteliselt suurem saastunud mandrilises õhumassis

Kokkuvõte 2

Aerosooli koostises eristati järgmisi tüüpe ja komponente:

Puhas mandriline & puhas mereline

Keskmiselt saastunud mandriline & saastunud mereline

Saastunud mandriline

Keskmiselt saastunud mandriline & biomassi põletamine

Tahm - 1.2%

Vees lahustuv - 44%

meresool - 32%

Vees lahustumatu - 23%

Tüübid eristusid selgelt õhumassi päritolu järgi

Tulevik

Maapealsete mõõtmiste, AERONET jt. kaugseire andmete ning mudelite kombineerimine võimaldab uurida ja ennustada aerosooli optilisi ja mikrofüüsikalisi omadusi regioonis

Oluline takistus on aerosooli keemilise koostise mõõtmisandmete puudumine

Tänan tähelepanu eest!