Analyse af brandrøg vil hjælpe med at kalibrere klimamodeller

Tordenvejr genereret af en gruppe gigantiske naturbrande i 2017 sprøjtede en lille vulkans aerosol ind i stratosfæren, skabe en røgfane, der holdt i næsten ni måneder. Forskere fra CIRES og NOAA, der studerede fanen, fandt ud af, at sort kulstof eller sod i røgen var nøglen til fanens hurtige stigning:soden absorberede solstråling, opvarmning af den omgivende luft og lader fanen hurtigt stige.

De bølgende røgskyer gav forskerne en ideel mulighed for at teste klimamodeller, der estimerer, hvor længe partikelskyen ville vare ved – efter at have opnået en maksimal højde på 23 km, røgfanen forblev i stratosfæren i mange måneder.

Disse modeller er også vigtige for at forstå klimaeffekterne af atomkrig eller geoengineering.

"Vi sammenlignede observationer med modelberegninger af røgfanen. Det hjalp os med at forstå, hvorfor røgfanen steg så højt og varede så længe, som kan anvendes til andre stratosfæriske aerosolinjektioner, fra vulkaner eller atomeksplosioner, " sagde NOAA-forsker Karen Rosenlof, et medlem af forfatterteamet, der også omfattede forskere fra CU Boulder, Søfartsforskning, Rutgers og andre institutioner. Resultaterne blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab .

I løbet af sommeren 2017 skovbrande rasede over det nordvestlige Stillehav. Den 12. august i British Columbia, en gruppe af brande og ideelle vejrforhold producerede fem næsten samtidige tårnhøje skyer af røg eller pyrocumulonimbus-skyer, der løftede røg højt op i stratosfæren. Inden for to måneder, fanen steg fra sin oprindelige højde på omkring 12 km op til 23 km og blev ved i atmosfæren i meget længere tid - satellitter kunne få øje på den selv efter otte måneder.

"Skovbrandsrøgen var et ideelt casestudie for os, fordi det blev så godt observeret af satellitter, " sagde hovedforfatter Pengfei Yu, en tidligere CIRES-forsker ved NOAA, nu ved Institut for Miljø- og Klimaforskning ved Jinan University i Guangzhou, Kina.

Instrumenter på to satellitter - Den Internationale Rumstation og NASAs CALIPSO - og på NOAAs ballonbårne trykte optiske partikelspektrometer, eller POPS, forudsat de aerosolmålinger, forskerne havde brug for.

Yu og hans kolleger sammenlignede disse observationer med resultater fra en global klima- og kemimodel for at få et match for, hvor højt røgen steg, og hvor længe den varede i atmosfæren. Med målinger af stigningshastigheden og udviklingen af ​​røgfanen, forskerne kunne estimere mængden af ​​sort kulstof i røgen, og hvor hurtigt det organiske partikelmateriale blev ødelagt i stratosfæren.

De fandt ud af, at fanens hurtige stigning kun kunne forklares med tilstedeværelsen af ​​sort kulstof eller sod, som udgjorde omkring 2 procent af røgens samlede masse. Soden absorberede solstråling, opvarmede den omgivende luft og tvang fanen højt op i atmosfæren.

Næste, holdet modellerede nedbrydningen af ​​røgfanen i atmosfæren. De fandt ud af, at for at efterligne røgens observerede nedbrydningshastighed over flermåneders fanen, der skulle være et relativt langsomt tab af organisk kulstof (gennem fotokemiske processer), som tidligere nukleare vinterundersøgelser havde antaget var meget hurtigt.

"Vi har en bedre forståelse af, hvordan vores modeller repræsenterer røg. Og fordi vi kan modellere denne proces, vi ved, at vi kan modellere andre aerosol-relaterede processer i atmosfæren, " sagde Ru-Shan Gao, en NOAA-videnskabsmand og en af ​​papirets medforfattere.

CU Boulders Brian Toon og Rutgers Universitys Alan Robock, også medforfattere til det nye papir, er særligt interesserede i, hvad resultaterne betyder for klimapåvirkningerne af atomeksplosioner, som omfatter en alvorlig afkølingspåvirkning kaldet "atomvinter". Ved modellering af klimapåvirkningerne af atomkrig, Toon, Robock og andre har længe forventet, at massive brande ville skabe røgfaner, der også kunne løftes langt op i stratosfæren.

"Mens røgens stigning blev forudsagt i 1980'erne, Branden i 2017 i British Columbia er første gang, den er blevet observeret, " sagde Toon.

"Det var spændende at få bekræftet, " tilføjede Robock.

I øvrigt, de detaljerede observationer, der blev foretaget under branden i 2017 - såsom den noget længere end forventet persistens af organisk stof - giver næring til mere modellering, noterede de to. Det er muligt, at de afkølende virkninger af en atomvinter kan vare noget kortere end modeller har forudsagt til dato, Toon sagde, men arbejdet er i gang.