Hvordan monsunvind påvirker klimaændringerne ved at transportere forurenende stoffer ind i den øvre atmosfære

Mens den asiatiske monsun bringer regn, der er afgørende for landbrugsøkonomien i den store region, er den også kendt for at suge op i den øvre atmosfære af kemiske forurenende stoffer, der fremskynder klimaændringerne.

Forskere venter spændt på resultaterne af et amerikansk-ledet internationalt projekt, der søger at bekræfte tidligere resultater offentliggjort i Science at forurenende stoffer genereret af menneskelig aktivitet bliver transporteret opad af monsunsystemet og påvirker atmosfærisk kemi og igen ændrer klimaet.

Atmosfærisk kemi er studiet af komponenterne i planetariske atmosfærer, som omfatter troposfæren - det lag af atmosfæren, der er tættest på Jorden - stratosfæren og andre øvre atmosfærelag.

Laura Pan er hovedefterforsker på projektet og videnskabsmand ved US National Center for Atmospheric Research, som leder Asian Summer Monsoon Chemical and Climate Impact Project (ACCLIP) sammen med National Aeronautics and Space Administration (NASA).

ACCLIP undersøger, hvordan gas- og aerosolemissioner påvirker global kemi og klima.

"I de seneste årtier har satellitter afsløret, at monsunen skaber et tydeligt lag af kemikalier omkring 16 kilometer over Jorden, men vi ved meget lidt om dens sammensætning og udvikling," sagde Pan til SciDev.Net.

"ACCLIP vil give os en mulighed for at prøve, hvad der er der, men vi ved, at uanset sammensætningen forbinder det til klimaet."

At studere himlen

Det månedlange projekt involverer forskere fra Korea, Japan, Italien og Tyskland, som vil fokusere på monsunens kraftige cirkulation og prøve de kemiske forurenende stoffer, der trækkes opad i den højere atmosfære, hvor de påvirker nedbøren over Asien på forskellige måder – hvilket fører til til både oversvømmelser og tørke.

Forskere, der bruger fly baseret på den amerikanske luftbase i Sydkorea, vil flyve gennem områder med den dårligste luftkvalitet - som tilfældigvis er der, hvor den asiatiske monsun finder sted. Forskere mener, at mens regnen hælder nedad, suges en lang række kemiske forurenende stoffer af vindsystemer ind i den øvre atmosfære, og at deres reaktioner med hinanden er forbundet med klimaændringer.

Bevis på, at den sydasiatiske monsun transporterer forurenende stoffer lige så højt som stratosfæren, var først tilgængelig i 2015, da et lignende eksperiment med forskningsfly, der fløj ind i forureningshotspots, blev udført af det tysk-baserede Max Planck Institute for Chemistry, Karlsruhe Institute of Technology og German Aerospace Centre.

Den løftede luft indeholder forskellige kemikalier og aerosoler produceret af industri, landbrug, udslip fra køretøjer og andre menneskerelaterede aktiviteter sammen med naturlige biologiske processer.

"Forskning udført indtil nu viser, at den asiatiske sommermonsun løfter forurenende gasser og aerosoler fra grænselaget i Asien til den øvre atmosfære. En del af disse forurenende stoffer transporteres højere ind i stratosfæren og horisontalt til det vestlige Stillehav og Vestafrika i form af af hvirvler," siger Suvarna Fadnavis, fra Indian Institute of Tropical Meteorology i Pune, til SciDev.Net.

"Disse forurenende gasser og aerosoler påvirker strålingsbalancen og den kemiske sammensætning af den øvre troposfære og den nedre stratosfære (øvre atmosfære)."

Måling af monsuner

Nedspærringer under COVID-19-pandemien bragte industri- og vejtrafik til et midlertidigt standsning, hvilket reducerede dannelsen af ​​forurenende stoffer og påvirkede monsunen, ifølge en 2021 Environmental Research Letters undersøgelse. Forskere fandt ud af, at nedbøren steg over Sydasien, som har stået over for vandmangel i de seneste årtier.

I Sydasien, Østasien og Vestafrika er stigninger i monsunregn på grund af global opvarmning blevet modvirket af fald i monsunregn på grund af afkøling fra menneskeskabte aerosol-emissioner i løbet af det 20. århundrede, ifølge en rapport fra FN's mellemstatslige panel om Klimaændringer (IPCC).

"Forskere har været interesserede i at vide, om de forurenende stoffer ved overfladen når stratosfæren under den stærke opstigning, der sker under monsunen, og dette projekt kan vise sig at være nyttigt," siger Jayaraman Srinivasan, en fremtrædende videnskabsmand ved Divecha Center for Climate Change og æresprofessor. ved Indian Institute of Science, Bangalore's Center for Atmospheric and Oceanic Sciences.

Fadnavis siger, at ACCLIP-projektet kan hjælpe med at forstå "forbindelserne mellem det ukendte mønster af asiatisk sommermonsun med kemiske ændringer, der forekommer i højere højder over Asien-Stillehavsområdet og implikationerne på monsunnedbør, ekstrem eller tørke, isskyer, temperaturændringer osv."

Jayanarayanan Kuttippurath, klimaforsker ved Center for Oceans, Rivers, Atmosphere and Land Sciences, Indian Institute of Technology, Kharagpur siger, at vindsystemer, der transporterer forurenende stoffer og fugt, er et problem for østasiatiske og sydasiatiske lande.

"Dette er især vigtigt for regioner som den indo-gangetiske slette, hvor luftforureningen er meget høj - byregionerne er allerede store varmeøer, og yderligere opvarmning ville gøre livet i byerne mere elendigt," siger han.

Nylige undersøgelser identificerede en region med høj aerosolbelastning nær tropopausen - grænsen mellem troposfæren og stratosfæren - kaldet Asian Tropopause Aerosol Layer. Dette tjener også til at flytte aerosoler til de øvre atmosfæriske lag, hvor høje aerosolkoncentrationer kan påvirke "strålingspåvirkning" og afkøle jordens overflade.

Radiativ forcering er et mål for ændringen af ​​energibalancen i atmosfæren, der skyldes et "forceringsmiddel" - såsom drivhusgasser og aerosoler.

Asian Summer Monsoon Chemical and Climate Impact Project vil studere udstrømningen - vinden genereret af en storm - af den asiatiske monsuncirkulation, som primært forekommer i den øvre troposfære og stratosfæren, siger Kenneth Jucks, leder for Upper Atmosphere Research Program ved NASA .

"Fordi vi ser på udstrømningen, er det ideelt at blive udstationeret på Asiens kyst for at observere Stillehavet," sagde Jucks. "Udstrømningen er påvirket af processer, der finder sted i store dele af Asien, inklusive Kina, Himalaya, det nordlige Indien og endda Sydøstasien."

Kuttippurath siger, at pålidelige målinger fra den øvre troposfære og den nedre stratosfære har været svære at finde, og tilføjer, at "denne type kampagne helt sikkert ville hjælpe videnskabsmænd til bedre at forstå kemien og dynamikken i regionen." + Udforsk yderligere

Forskningsfly i høj højde udforsker de øvre niveauer af den asiatiske monsun