Aerosol Optics in Global Earth System Modelling (AGES)

Research Project, 2011 – 2014

Svävande partiklar i luften, också kallade aerosoler, påverkar jordens klimat. De förskjuter balansen av solstrålning som reflekteras av atmosfären och sol- och värmestrålning som absorberas i atmosfären. Partiklarnas interaktion med solljus och värmestrålning är beroende på deras inre struktur, kemiska sammansättning, storlek och koncentration som, i sin tur, bestäms av de processer som ger upphov till partiklar i atmosfären. Dessa processer är på ett komplicerat sätt beroende av utsläpp, vindtransport, kemisk omvandling, tillväxtprocesser, och torr- eller våtavsättning. En av de största osäkerhetsfaktorerna i dagens klimatmodeller är den direkta klimatpåverkan av partiklar. Aerosoloptiska egenskaper behandlas vanligen på ett mycket förenklat sätt i klimatmodeller genom att anta att partiklar är homogena kulor. Oftast är partiklar i förorenad luft inhomogena blandningar bestående av sulfat, nitrat, ammonium, sot, havssalt, stoft och organiska ämnen. Sot, i synnerhet, har en komplex sammansatt struktur och en hög ljusabsorptionsförmåga. Sotpartiklar kan förekomma som isolerade partiklar, eller också kan andra kemiska ämnen kondensera på sot. Mineralstoftpartiklar karakteriseras av en oregelbunden struktur och en småskalig skrovlighet på partikelytan som ger upphov till fullständigt förändrade optiska egenskaper jämfört med homogena kulor av samma storlek. Havssaltpartiklar, som förekommer över stora geografiska områden på jorden, är ofta upplösta i små sfäriska vattendroppar. I torr luft kan dock vattnet avdunsta och lämna kvar saltaerosoler med icke-sfärisk struktur. Absorption och spridning av ljus är mycket känslig för strukturen och formen på partiklarna. I det här projektet ingår därför att utveckla och förbättra aerosoloptiska modeller för att studera hur olika strukturella egenskaper av kemiskt blandade aerosoler hänger ihop med deras optiska egenskaper. En stor del av projektet innebär teoretisk grundforskning och modellutveckling inom elektromagnetisk spridningsteori, som är förutsättningen för att beräkna aerosolernas optiska egenskaper. Resultaten kommer att användas i en global jordsystemmodell, alltså en klimatmodell där en meteorologisk och oceanografisk modell är kopplad till en atmosfärkemisk spridningsmodell, och även till en vegetationsmodell. Med hjälp av jordsystemmodellen kan man undersöka i vilken utsträckning aerosolernas påverkan på strålningsbalansen hänger ihop med andra återkopplingsmekanismer i klimatsystemet. Projektarbetets resultat blir en fördjupad förståelse av sambandet mellan kemiska, strukturella och optiska partikelegenskaper, och om deras betydelse för partiklarnas direkta klimatpåverkan.