Atmosfæriske forskere studerer brande for at løse isspørgsmål i klimamodeller

Når fossilt brændstof eller biomasse brænder, sod - også kendt som sort kulstof - fylder luften. Sort kulstof er en vigtig kortsigtet klimadriver, fordi det absorberer solenergi og kan påvirke dannelsen og sammensætningen af ​​skyer.

Omfanget af sort kulstofs indvirkning på skyer har været genstand for debat i 30 år. En undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort af atmosfæriske forskere fra Colorado State University, har til formål at afgøre debatten og forbedre klimamodellerne.

Tidligere undersøgelser udført i laboratoriet var i konflikt med, hvorvidt sort kulstof var effektiv til iskernedannelse, en proces, der er vigtig for skydannelse. Sod partikler, ligesom andre typer aerosolpartikler i luften, kan fungere som grundlag for vækst af iskrystal. Laboratorieresultater på sod varierede vildt fra ingen iskernedannelsesaktivitet til effektiv isdannelse.

"En grund til, at disse resultater kan spænde over et sådant område, er, at forbrændingsprocesser, der danner sort kulstof, er ekstremt komplicerede og varierer afhængigt af brændstoffer, der forbrændes, og om forbrændingen er nøje kontrolleret, som i en dieselmotor, eller ukontrolleret, som i skovbrande, " sagde Gregory Schill, førsteforfatter på undersøgelsen og en tidligere NSF postdoc-stipendiat ved Institut for Atmosfærisk Videnskab.

Schill og hans kolleger prøvede røg fra skovbrande og ordinerede forbrændinger, filtrerede derefter sodpartikler fra ved hjælp af en teknik, han udviklede sammen med andre medlemmer af professor Sonia Kreidenweis og Paul DeMotts forskningsgruppe. Dette arbejde bygger på Schills tidligere undersøgelse af sorte kulstofpartikler fra dieselmotorens udstødning, udført på CSU Engines and Energy Conversion Laboratory.

Ved at kombinere viden opnået gennem disse eksperimenter, Schill og hans kolleger simulerede bidragene fra sorte kulstofis-kernedannende partikler versus andre naturlige kilder i en global model. De fandt, at sort kulstof ikke er så vigtigt som tidligere antaget for ispartikeldannelse i skyer på mellemniveau, skyerne mest ansvarlige for nedbør over kontinenter.

Naturlige kilder, såsom støv og havspray, have mere indflydelse på skyegenskaber på mellemniveau. Disse skyattributter påvirker klimaet forskelligt ved at reflektere sollys, frigiver nedbør og bestemmer, hvor længe skyen varer ved.

"Vores resultater tyder på, at sort kulstof, uanset brændstoftyper eller forbrændingsforhold, har lignende isdannelsesegenskaber i skyer på mellemniveau, og disse er mindre effektive til at danne is sammenlignet med andre ikke-antropogene kilder, " sagde Schill.

Atmosfæriske modeller har overvurderet sort kulstofs rolle som en iskernedannende partikel, og disse resultater korrigerer denne misforståelse.

"Dette giver et klarere billede af faktorerne, både naturlige og menneskeskabte, som kan påvirke skyer og nedbør i et fremtidigt klima, " sagde Schill.

Undersøgelsen eliminerer sort kulstof som den primære mistænkte for isdannelse fra røgpartikler, men efterlader mange ubesvarede spørgsmål om, hvordan biomasseafbrænding påvirker skyer.

"Sort kulstof er kun en komponent i en kompleks suppe, der udgør røg, " sagde Schill. "Vi ved, at noget i røgen kan danne ispartikler, men vi forstår ikke helt, hvad disse skyfrø er."

CSU-atmosfæriske forskere arbejder på det problem, herunder en undersøgelse foretaget af Kreidenweis/DeMott-gruppen, der omhandler biomasseafbrændings bidrag af sådanne frø til skyniveauer. Dette begyndende arbejde er baseret på prøver taget under WE-CAN kampagnen, hvor forskere i forskningsfly fløj ind i skovbrandsrøg. Den nye undersøgelses resultater bekræfter, at loftede faner har de samme egenskaber, som Schill fandt i sine jordbaserede undersøgelser.