Jan Neuber tot -Anhand von Fallstudien wurde das Ausmaß der Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf die Abkühlung oder Erwärmung von in der arktischen Atmosphäre und der Schneeschicht eingeschlossenen schwarzen Kohlenstoffpartikeln untersucht. Dazu wurden atmosphärische und Schneebedingungen gemischt.
Auf der Grundlage von BC-Massenkonzentrationen, die in reinen Frühsommer- und stärker verschmutzten Vorfrühlingsumgebungen beobachtet wurden, wurden Strahlungstransportsimulationen unter klaren und bewölkten Bedingungen durchgeführt Spitzbergen, Nordgrönland und Nordalaska sind von besonderem Interesse. Strahlungswechselwirkungen von Ruß mit anderen Gasen müssen berücksichtigt werden
Ein iterativer Prozess wurde verwendet, um ein Strahlungstransportmodell für die Atmosphäre und den Schnee zu verbinden. Für ideale Sommerbedingungen gäbe es keine atmosph ärische BC, die Sonne hätte einen Zenitwinkel von nicht weniger als 55 Grad, und ein typischer positiver täglicher mittlerer solarer Strahlungsantrieb von +0,2 W m2 wurde für die Oberfläc henst rahlungsbilanz berechnet, wenn BC-Partikel hatte eine Massenkonzentration von 5 mg g1 in der Oberflächenschneeschicht.
Eine höhere Dosis an atmosphärischem BC spiegelt den frühen Frühling wider Selbst wenn die niedrige BC-Massenkonzentration, die unter unberührten Frühsommerbedingungen gemessen wurde, in die Oberflächenschneeschicht eingebaut wurde, war der mittlere Strahlungsantrieb an der Oberfläche mit etwa 0,05 W m2 etwas negativ.
Die optischen Eigenschaften, die spezifische Oberfläche und die Dichte des Schnees haben einen erheblichen Einfluss auf den gesamten Netto-Oberflächenstrahlungsantrieb, der durch BC sowohl in der Atmosphäre als auch in der Schneeschicht verursacht wird Wasserdampf oder Wolken sind ein bis zwei Größenordnungen höher als die atmosphärische BC für die Bedingungen über dem Arktischen Ozean.
In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass die tägliche mittlere Gesamtheizrate innerhalb einer Schneedecke aufgrund der Absorption durch das Eis mehr als eine Größenordnung höher war als die des atmosphärischen BC. Es wurde auch gezeigt, dass Wolken den kühlenden Effekt von atmosphärischem BC auf oberflächennahe Luft und den wärmenden Effekt von BC, der in Schnee eingebettet ist, abschwächen.
Formatieren Sie Ihre Zitate. Bewertung der solaren Strahlungsauswirkungen von Ruß in der Arktis durch die Kombination von atmosphärischen und Schnee-Strahlungstransfermodellen, Donth, Jäkel, E., Ehrlich, A., Heinold, B., Schacht, J., Herber, A., Zanatta, M ., und Wendisch, M., Atmos.Phys., 20, 8139-8156, https://doi.org/10.5194/acp-20-8139-2020, 20201Einleitung Unvollständige Verbrennung von organischem Material ist die Hauptquelle von Ruß Aerosolpartikel. In ähnlicher Weise haben Bond et al. 201 und Petzold et al. finden Sie diese Absorption
und streuen Sonnenlicht bei sichtbaren Wellenlängen, was wiederum die atmosphärische Sonnenstrahlungsenergiebilanz beeinflusst. Es wurden zahlreiche Studien zu den verschiedenen Ursprüngen von BC-Partikeln und den Wegen, die sie durch die Atmosphäre nehmen, durchgeführt. Laut Law et al. ist es jedoch schwierig, den Durchtritt von BC-Partikeln in die Arktis durch Modelle zu quantifizieren, da die Quellstärken der Emissionen schwer zu definieren sind. Literatur: Stohl et al. , Arnoldet al. , Schacht et .
Niedrigere Breiten, einschließlich der nördlichen Teile Europas, Nordamerikas und Sibiriens, sind aufgrund der Verbreitung von Waldbränden, Industrieaktivitäten und verkehrsbedingten Emissionen besonders anfällig für BC-Partikelverschmutzung. BC-Partikel sind solche, die in mittleren Breiten von der Oberfläche freigesetzt werden und sind
vom Boden heraufgeholt und in der Arktis abgesetzt, wo sie mehrere Tage oder länger verbringen können “Liu et al., 2011” Im Gegensatz dazu entstehen Partikel lokal in der Arktis durch Emissionen aus dem Schiffsverkehr, Abfackeln aus der Ölindustrie oder anderen Böden -basierte Aktivitäten setzen sich schnell an der Oberfläche ab und beeinflussen dadurch den Strahlungshaushalt der Schneedecke. Bond et al., 2013.
Lokale Ressourcen spielen jetzt eine viel geringere Rolle. In Zukunft wird eine beträchtliche Eskalation des Schiffsverkehrs im Arktischen Ozean und die Wahrscheinlichkeit, dass menschliches Handeln zur Verschmutzung beiträgt, zu zitieren. Zitieren: Corbett et al. Die direkte Strahlungswirkung der zusätzlichen BC-Partikelemissionen der Zukunft wird immer noch als vernachlässigbar angesehen. 2018 Gilgenet al.
Die BC-Größe der Luftpartikelmassenkonzentration in Nanogramm pro Kubikmeter variiert mit der Jahreszeit und den allgemeinen Wetterbedingungen. Langstreckenreisen können dazu führen, dass Partikelfahnen aus British Columbia in die Arktis eindringen. Es wurden Werte in der Atmosphäre von bis zu 150 ng m3 gemessen. Während ihrer Studie haben Sharma et al. bewerteten die Massenkonzentrationen von BC-Partikeln in der Atmosphäre bei mehreren Feldmissionen in der Arktis.
Sie entdeckten erhebliche Unterschiede von einem Ort zum anderen und von einer Jahreszeit zur anderen. Im Frühjahr 2008 zeigten Messungen in Alaska und Nordkanada Werte von über 200 ng m3 in höheren Lagen, während Messungen im Frühjahr 2009 BC-Partikel zeigten Massenkonzentrationen von weniger als 100 ng m3 integriert über die gesamte vertikale Säule.
Die BC-Massenkonzentration, ausgedrückt in Nanogramm BC pro 1 g Snow, ist eine Standardmethode zur Messung der BC-Menge in einer Schneedecke. Grönland weist typischerweise Konzentrationen zwischen 1 und 10 ng g1 auf, während die kanadische Arktis häufig Konzentrationen zwischen 5 und 20 ng g1 aufweist.
Die Werte könnten im hohen Norden Russlands 100 ng g1 überschreiten. Wie von Doherty et al., Forsström et al. und Pedersen et al. berichtet, stellt Tabelle 1 Beobachtungsdaten gemessener BC-Massenkonzentrationen im Schnee von mehreren arktischen Orten zusammen.
Die in Tabelle 1 angegebenen Daten wurden unter Verwendung mehrerer Messverfahren abgeleitet. Zur genauen Bestimmung der elementaren Kohlenstoffmassenkonzentration wurden in Forsström et al. thermisch-optische Methoden eingesetzt. und Pedersen et al., während die BC-Konzentrationen bei Verwendung von Filtertransmissionstechniken zunehmen Doherty et al., 2010. Es wurde von Dou et al.
dass das Verhältnis der BC- zu EC-Konzentration im Schnee aufgrund der unterschiedlichen Messtechniken Werte von 1,3 erreichen kann. Petzoldet al. 2013 bietet einen umfassenden Überblick über die EC vs. BC Terminologie.
BC-Partikel können aufgrund ihrer Fähigkeit, Sonnenenergie zu absorbieren, ein Faktor für den anhaltenden schnellen Klimawandel in der Arktis sein, der als arktische Verstärkung bekannt ist. siehe z. B. Wendisch et al., 2017. Durch die Absorptionswirkung Luft oder Schnee, je nachdem, ob die BC-Partikel in der Atmosphäre schweben oder im Schnee vergraben sind. Wenn sich BC außerdem auf oder in der Schneedecke ablagert, kann dies dazu führen, dass die Albedo der Schneeoberfläche abnimmt.
Laut Sand et al. . Für Schneedecken mit BC-Massenkonzentrationen von 34 ng g1, der größten auf dem grönländischen Eisschild gefundenen Menge, prognostizierte Warren einen Verlust von 2 % der Schnee-Albedo im sichtbaren Spektralbereich. Um die Arbeit von Doherty et al.
Bei normaleren BC-Massenkonzentrationen im arktischen Schnee, die zwischen 5 und 20 ng g1 liegen, ist eine Abnahme der Albedo der Schneeoberfläche von etwa 1 % zu erwarten. Unter der Annahme einer nach unten gerichteten Strahlungsstärke von 400 W in einem typischen arktischen Sommer würde eine Abnahme der Albedo von Schnee um 1 % zu einer zusätzlichen Absorption von 4 W/m2 Sonnenstrahlung an der Oberfläche führen. Referenz: Flanner et al., 2007.
Da BC-Partikel Wärme absorbieren, schmelzen Schnee und Eis schneller. Die Schneekorngröße wird durch beschleunigte Schneemetamorphose erhöht, was die Oberflächenalbedo weiter verringert. Bei höheren Schneekörnungen ist die Absorption durch BC-Partikel effektiver. Warren und Wiscombe.
Die Absorption und Streuung der Sonnenstrahlung wird durch BC-Partikel in der Atmosphäre beeinflusst. Wegen erhöhter Rückstreuung und Absorption einfallender Sonnenstrahlung durch atmosphärische BC-Partikel, wenn sie sich in großen Höhen befinden.
Durch die BC-Schicht kann weniger Sonnenlicht die Erdoberfläche erreichen. Gleichzeitig wird die BC-Schicht in der Atmosphäre durch die absorbierte Strahlung erwärmt. Die durch Luft-BC-Partikel verursachte Absorption kann einen erheblichen Einfluss auf die Thermodynamik haben
Stabilitätsschicht der Atmosphäre, die BC enthält Autoren: Wendisch, et al. Es ist möglich, dass die thermodynamische Stabilität der Grenzschicht über Schnee und Eis in der Arktis durch die Strahlungserwärmung der gelofteten BC-Schichten und die lokale Abkühlung der Oberfläche verbessert wird. Datiert von Flanner.
