Aerosol Characterization Experiments

Aerosol Characterization Experiments (ACE). Międzynarodowy program badań chemicznych właściwości atmosfery (International Global Atmospheric Chemistry Program – IGAC) zorganizował szereg eksperymentów, które miały na celu zbadanie chemicznych, fizycznych i radiacyjnych właściwości aerozoli. Celem tych eksperymentów było zebranie danych niezbędnych do poprawy globalnych modeli klimatycznych.

ACE-1

Pierwszy eksperyment z serii ACE – First Aerosol Characterization Experiment ACE-1 odbywał się od 15 listopada do 14 grudnia 1995. Przeprowadzony został w mało zanieczyszczonym morskim powietrzu w obszarze położonym na południe od Australii. Eksperyment badał naturalne, morskie aerozole, głównie siarczany, których geneza związana jest z działalnością fitoplanktonu.

Centrum operacyjne oraz baza lotnicza znajdowały się w stolicy Tasmanii Hobart. W eksperymencie udział wzięli naukowcy z 44 różnych instytucji naukowych z 11 krajów. Pomiary odbywały się z pokładu samolotu C-130 należącego do NCAR, statku badawczego Discoverer z NOAA, australijskiego statku badawczego Southern Surveyor oraz ze stacji badawczej Cape Grim na Tasmanii, ze stacji na australijskiej wyspie Macquarie Island oraz nowozelandzkiej wyspie Baring Head. Dodatkowo projekt wspierały obserwacje satelitarne.

Największy udział w eksperymencie miały:

• National Science Foundation (NSF), Atmospheric Chemistry Program
• Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna - National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
• Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej, National Aeronautical and Space Administration (NASA)
• Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)
• Australian Bureau of Meteorology (BoM)
• Australian Antarctic Division (ANARE)
• New Zealand National Institute for Water and Atmospheric Research (NIWA)

ACE-2

Second Aerosol Characterization Experiment. Główne pomiary odbyły się pomiędzy 6 czerwca - 24 lipca 1997 w podzwrotnikowej strefie północno-wschodniego Atlantyku.

Główne cele eksperymentu:

• Wyznaczenie fizycznych, chemicznych, radiacyjnych i nukleacyjnych właściwości aerozoli w regionie północnego Atlantyku oraz zbadanie zależności między ich właściwościami.
• Oszacowanie wielkości wpływu procesów fizycznych i chemicznych odpowiedzialnych za zmienność podstawowych typów aerozoli, a w szczególności ich fizycznych, chemicznych, radiacyjnych i nukleacyjnych właściwości.
• Opracowanie technik pozwalających na ekstrapolację właściwości aerozoli oraz procesów odpowiedzialnych za zmiany własności ze skali lokalnej do skali regionalnej i globalnej. Oszacowanie wielkości wpływu aerozoli na promieniowanie słoneczne w regionie północnego Atlantyku.

ACE-2 objął obszar pomiędzy południowymi wybrzeżami Portugalii a Wyspami Kanaryjskimi. Nad tym obszarem dochodzi do spotkania się kontrastujących mas powietrza, co pozwala na badanie właściwości różnych aerozoli. W warstwie granicznej atmosfery spotykają się naturalne aerozole morskie z antropogenicznymi aerozolami znad Europy, w górnej troposferze natomiast aerozole śladowe i wyniesione wysoko piaski znad Sahary. Ponadto warunki synoptyczne panujące na tym obszarze umożliwiają badania związków między aerozolami i promieniowaniem w warunkach czystego, bezchmurnego nieba oraz w warunkach występowania chmur stratocumulus rozwijających się wewnątrz morskiej warstwy granicznej.

Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w dolnej troposferze na północnym Atlantyku zależy w dużym stopniu od położenia wyżu azorskiego. W lecie wyż ten znajduje się na zachód od Wysp Azorskich i powoduje, że na obszarze objętym badaniem dominuje wiatr o kierunku północnym i północno-wschodnim transportujący względnie czyste morskie powietrze. Przejście zimnego frontu w średnich szerokościach może spowodować, że wyż azorski tymczasowo rozszerzy się w kierunku północno-wschodnim zahaczając o zachodnie wybrzeża Europy. Rezultatem tego jest napływ kontynentalnych mas powietrza nad obszar eksperymentu. Zmiana cyrkulacji wywołana przemieszczającymi się niżami ma miejsce co 3-5 dni. Dodatkowym elementem wpływającym na skład zanieczyszczeń powietrza jest cyrkulacja od strony kontynentu afrykańskiego, dzięki której naukowcy mogli również badać aerozole pochodzące z Sahary.

Główne bazy

• Sagres (południowa Portugalia) gdzie badano aerozole
• Okręt badawczy "Prof. Vodjanistky", z pokładu którego podobnie jak w Sagres badano charakter aerozoli.
• Wyspa Teneryfa leżąca w archipelagu Wysp Kanaryjskich. W północnej jej części, na zachód od największego miasta Teneryfy Santa Cruz zlokalizowano centrum operacyjne eksperymentu. Centrum to znajdowało się na lotnisku "Los Rodeos". Z lotniska operowało sześć biorących udział w eksperymencie samolotów.

ACE-2 był projektem realizowanym w ramach 4. Programu Ramowego Komisji Europejskiej przy współudziale: National Science Foundation (US), National Environment Research Council (UK), National Oceanographic and Atmospheric Administration (US), Meteorological Research Flight (UK), Meteo France (F), Office of Naval Research (US), TSI Incorporated (US) i EC Joint Research Centre. Głównym naukowcem eksperymentu był Frank Raes (JRC, Ispra, Varese) a koordynatorem Frank McGovern (EPA, Ireland).

W projekt ten zaangażowani byli polscy naukowcy, m.in. Hanna Pawłowska z Zakładu Fizyki Atmosfery w Warszawie.

ACE-ASIA

Asian Pacific Regional - Aerosol Characterization Experiment Eksperyment odbył się wiosną 2001 roku na obszarze północno-wschodniej Azji i północno-zachodniego Pacyfiku.

Zadaniem ACE-Asia było poznanie właściwości aerozoli i czynników wpływających na nie w antropogenicznym środowisku Wschodniej Azji i Północno-zachodniego Pacyfiku oraz oszacowanie ich roli w bilansie promieniowania.

Głównym koordynatorem projektu był Barry J. Huebert z University of Hawaii, USA.

Koordynatorzy azjatyccy:

• Shi Guangyu, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Pekin
• Kimitaka Kawamura, Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University, Japonia
• Young J. Kim, Department of Environmental Science and Engineering, Kwangju Institute of Science and Technology, Korea
• Neng-Huei (George) Lin, Department of Atmospheric Sciences, National Central University, Zhongli, Tajwan

Realizacja wszystkich założeń projektu nie byłaby możliwa w przypadku tylko jednej kampanii pomiarowej. Wyznaczenie i zrozumienie własności oraz czynników na nie wpływających wymaga długookresowych pomiarów w różnych warunkach pogodowych. Aby lepiej skoordynować pracę naukowców, dostęp do sprzętu i instrumentów pomiarowych projekt ACE-Asia został podzielony na trzy składniki:

1. SIEĆ POMIAROWA (Network Operations). Dane z bezpośrednich obserwacji przeprowadzonych w sieci stacji pomiarowych rozmieszczonych w różnych miejscach badanego obszaru dotyczące chemicznych, fizycznych i radiacyjnych własności aerozoli miały stworzyć obraz przestrzennego zróżnicowania aerozoli w czasie.

Na wiosnę zasięg pyłów znad kontynentu azjatyckiego rozciąga się aż do Aleutów i Północnej Ameryki. W ten sposób wyznaczono północno-wschodnią granicę sieci pomiarowej. Zachodnia granica znajdowała się w pobliżu chińskich obszarów pustynnych a południowa wyznaczona została pomiędzy 20 i 30 stopniem szerokości geograficznej północnej, miało to zapobiec wpływowi wiatrów pasatowych niosących aerozole morskie nad kontynent.

2. STUDIA NAD AEROZOLAMI (Intensive Studies of Aerosol Chemical, Physical, and Radiative Properties and Controlling Processes) Ta grupa miała do dyspozycji instrumenty badające dolną warstwę troposfery. Były one umieszczone na pokładzie samolotu oraz satelitów i na ich podstawie naukowcy starali się zrealizować cele projektu.

3. RELACJE MIĘDZY CHMURAMI I AEROZOLAMI (Cloud-Aerosol Interactions) Ten podprojekt zajmował się badaniami wzajemnych oddziaływań pomiędzy chmurami i aerozolami. Podzielony został na 3 części, które realizowane były w latach 2001, 2002 i 2003. Dynamiczna natura chmur komplikuje ilościowe badania wpływ aerozoli na chmury oraz wpływu chmur na aerozole. Relacje te były badane w kilku etapach:

• Badania w obrębie chmury orograficznej na wyspie Cheju.
• Badania metodą Lagrangian w regionie występowania chmur konwekcyjnych po przejściu zimnego frontu oraz w warunkach ciepłego i stabilnego powietrza w celu prześledzenia zmian właściwości fizycznych i chemicznych aerozoli pod wpływem chmur.
• Badania w obrębia słupa powietrza (cloudy column) z wykorzystaniem lotów badawczych ponad chmurą i poniżej chmury.
• Badanie systemów frontalnych przy użyciu samolotów oraz dwóch radarów dopplerowskich. Celem było zbadanie procesów odpowiedzialnych za usuwanie aerozoli z atmosfery.

Wyniki badań przeprowadzonych przez naukowców w projekcie ACE-Asia zwiększyły naszą wiedzę o tym w jaki sposób aerozole oddziałują na chemiczne i radiacyjne własności ziemskiej atmosfery. Wnioski:

• Pył obserwowany przez satelity jest zmieszany z zanieczyszczeniami, które w znacznym stopniu zmieniają własności aerozoli poprzez dodanie do piaszczystego pyłu związków węgla, toksycznych materiałów oraz kwaśnych gazów.
• Nie możemy zmierzyć właściwości aerozoli w jednym miejscu na ziemi i przenieść wyników na całą planetę. Aerozole przenoszone nad Pacyfik z obszarów wschodniej Azji mają mniejsze właściwości absorpcyjne niż aerozole pochodzące z południowej części kontynentu. Istnieje znacząca różnica między regionami w chemicznych i optycznych własnościach aerozoli.
• Na podstawie danych z instrumentów pomiarowych umieszczonych na pokładzie samolotów oraz satelitów otrzymaliśmy średnią miesięczną wartość wpływu aerozoli na promieniowanie w bezchmurnym powietrzu, która wyniosła -30W/m² w warstwie pokrywającej Morze Żółte, Morze Wschodniochińskie, Morze Japońskie i region po zawietrznej stronie Japonii.

W eksperymencie ACE-Asia wzięli udział polscy naukowcy: Krzysztof Markowicz z Zakładu Fizyki Atmosfery w Warszawie oraz Piotr Flatau z Instytutu Oceanografii im. Scripps.

Zobacz też

INDOEX

RICO