Hippo Vie Taivaan Maistamaan Maapallon Ilmapiiriä

{h1}

5-vaiheinen hippo (hiaper pole-to-pole observation) -hankkeessa syntyi ensimmäinen tarkka kartoitus - sekä pystysuunnassa että leveyspiirissä - ilmakehän kasvihuonekaasujen, mustan hiilen ja niihin liittyvien kemiallisten lajien maailmanlaajuisesta jakautumisesta.

Tämä kulissien takaa koskeva artikkeli toimitettiin WordsSideKick.comille yhteistyössä National Science Foundationin kanssa.

Kun kansainväliset sopimukset sitä edellyttävät, tehokas, täytäntöönpanokelpoinen kasvihuonekaasujen vähennys edellyttää syvällistä tietoa näiden ja muiden ilmakehän osatekijöiden virtauksista ja kuljetuksista.

Tutkijat tietävät, että aerosolien pitoisuudet, kuten mustahiilen ja kaasujen, kuten hiilidioksidin, vesihöyryn, otsonin ja typpioksidin, vaihtelevat maapallon ja kauden mukaan. Viime aikoihin asti ei ole olemassa hienokarkeaa kuvaa näiden ilmakehän komponenttien pitoisuuksista ja ymmärryksestä.

Tutkijat ympäri maailmaa käynnistävät 5-vaiheisen HIPPO-projektin (HIAPER Pole-to-Pole Observation) projektin tämän näkökulman tarjoamiseksi. joka on tuottanut ensimmäisen yksityiskohtaisen kartoituksen - sekä pystysuunnassa että leveyspiirissä - ilmakehän kasvihuonekaasujen, mustan hiilen ja niihin liittyvien kemiallisten lajien maailmanlaajuisesta jakautumisesta.

"HIPPO: lla meillä on nyt kokonainen globaali ilmapiiri, joka monissa tapauksissa näyttää erilaiselta kuin odotimme", sanoi Steven Wofsy, Harvardin yliopistosta HIPPO: n pääsihteeri ja ilmakehän tiedemies.

Mitä HIPPO kertoo meille

Tutkijat odottavat, että tämä yksityiskohtainen näkemys antaa heille mahdollisuuden realistisemmin lähentää globaalia ilmakehän kemiallista jakautumista ja parantaa ymmärrystä siitä, miten maa, valtameri ja ilmakehä toimivat vuorovaikutuksessa. Perustieteen tieteellisen tietämyksen lisäksi HIPPO tarjoaa tärkeän tiedon lähteen ilmastonmuutokseen ja ilmastonmuutokseen liittyvän politiikan ilmoittamiseen. Hiilidioksidipitoisuudet, lähteet (alueet, joissa ilmakehään vapautuu enemmän hiilidioksidia kuin on otettu talteen) ja altaat (joissa hiilen otto on suurempi kuin vapautuminen) on merkittävä painopiste HIPPO-tutkijoille.

"Hiilidioksidipäästöjen seurannassa me olemme erityisen kiinnostuneita trooppisista metsistä, pohjoisista metsistä ja Etelämantereen ympärillä olevasta valtamerestä", totesi ilmakehän tutkimuskeskuksen ja HIPPO-yhteistyön tutkijan ilmakehän tutkija Britton Stephens. "HIPPO tarjoaa niin laajan näkökulman ja antaa meille mahdollisuuden nähdä erilaiset alueelliset vaikutukset hiilidioksidijakaumoihin ympäri maailman."

HIPPO, jota tukevat National Science Foundation, National Oceanic and Atmospheric Administration, NASA ja useat yliopistot, kerää tarkkoja ja tarkkoja mittauksia ilmakehän osatekijöistä. Keväällä 2008 julkaistun konseptin käyttöönoton jälkeen ensimmäinen maailmanlaajuisten lentojen sarja alkoi tammikuussa 2009, ja myöhempiä lentoja esiintyi kaksi kertaa vuonna 2010 ja kaksi kertaa vuonna 2011.

HIPPO-taso, Gulfstream V lensi tutkijoita ja tarkkuusmittareita, jotka mittaavat noin 150 kaasua ja ilmakehän osatekijää lähes polusta Tyynenmeren yli, jotka lentävät korkeudessa, joka vaihtelee välillä 500-47 000 jalkaa merenpinnan yläpuolella päivittäisen projektin tavoitteen mukaan. Ensimmäinen kampanja, joka on tyypillistä seuraajille, alkoi Boulderissa, Coloradossa, tutkivat arktista arkkia, liikkuvaa laboratoriota, joka kulkee Christchurchin Uuden-Seelannin vieressä ennen Etelä-valta-aluetta purjehtimista, ja sen jälkeiset siirrot Tahitissa, pääsiäis-saari ja Keski-Amerikassa.

Suuri hengittäminen: Hiilidioksidi

Viimeisimmän viimeisen viiden tehtävän jälkeen Stephens kiinnittää huomiota siihen, mitä hän kutsuu pohjoisen pallonpuoliskon "ulospäin". HIPPO-kokeellinen suunnittelu vaati kausittaista tiedonkeruuta, jotta saataisiin kattava, ympärivuotinen näkökulma globaaleihin ilmakehän prosesseihin. Ensimmäisten kolmen tehtävän aikana, jotka ilmenivät pohjoisen pallonpuoliskon syksyn, talven ja kevättalvella, tiedemiehet havaitsivat merkittäviä muutoksia hiilidioksidiin (CO2) jakautuminen ja pitoisuudet.

"Kun istutetaan sama ilmapiiri kausiluonteisesti kolmen ensimmäisen tehtävän aikana, on nähtävissä hiilidioksidipitoisuuksien muodostumista ilmakehään syksyllä, talvella ja keväällä", Stephens sanoo. "Giant pool of CO2 kasvaa pohjoisella pallonpuoliskolla, kun fotosynteesi hidastuu ja fossiilisen polttoaineen CO2 päästöt sekä kasvien ja maaperän hengitys jatkuvat. "

Erityisesti arktisen alueen pohjoisimmilla alueilla tutkijat löysivät ilmakehän nopean täyttämisen CO: lla2 korkeilla korkeuksilla talven ja kevään aikana, mikä todennäköisesti liikkuu lämpimällä liukuhihnalla, joka haastaa ilmakehän prosesseja koskevat nykyiset käsitykset.

Viimeiset kaksi HIPPO-tehtävää auttoivat antamaan selkeämmän kuvan hiilidioksididynamiikan koko kausi -seurannasta. Neljäs tehtävä tapahtui kesä-heinäkuussa 2011 ja viidenneksen elokuussa ja syyskuussa; näinä aikoina pohjoisen pallonpuoliskon CO2 pitoisuudet olivat alimmillaan kasvillisuuden kasvuna ja fotosynteettiset prosessit huipentuivat. Kuten odotettiin, koko ajan tutkijat näkivät CO: n voimakkaan hengityksen2 pohjoisella pallonpuoliskolla, kun kasvavat kasvit hengittävät CO: ssa2.

CO-mittaus2eri korkeuksilla ja leveysasteilla antaa tutkijoille paljon tiukempia rajoituksia - ja siksi enemmän ymmärrystä - CO2vapauttamaan (tai ottamaan) pallonpuoliskolle.Vanhimmat arviot puolipallon vaihdosta, joka perustui kerättyihin tietoihin pinnalla, osoittautuvat pois noin 30 prosenttia, sanoi Stephens: "Katse rajat kerros käyttäen epätäydellisiä ilmakehän liikennemallit on ollut kuin katselee sumuisia uimapukuja - lopulta, HIPPO antaa meille selkeän kuvan. "

Muut tärkeät ilmakehän osat: Musta hiili ja typpioksiduuli

Muut mittaukset herättävät jännitystä kolmesta valmiista kampanjasta, Wofsy sanoi. HIPPO-havainnot osoittavat, että mustahiilen levinneisyys on laajempaa ja tasaisempaa kuin odotettiin, ja pohjoisen pallonpuoliskon korkeilla leveysasteilla odotetut suuremmat odotukset.

Lisäksi typpioksiduulin pitoisuudet (n2O), kolmanneksi tärkein elinikäinen antropogeeninen kasvihuonekaasu (kaksi muuta ovat CO2 ja metaani), ovat keskimääräisen ja ylemmän trooppisen troposfäärin odotettua suuremmat kuin pinnalla; ilman HIPPOn instrumentointia ja mittausominaisuuksia tutkijat eivät voineet tietää tätä. Seuraavassa esitetään joitain odottamattomia ja arvaamattomia havaintoja näistä ilmakehän osista.

Musta hiili

Nämä biomassan polttamat päästötiedot maaliskuusta huhtikuuhun 2010 osoittavat tulipaloja Kaakkois-Aasiassa. Näiden palojen hiilidioksidipäästöjä voidaan kuljettaa pitkiä matkoja itään Tyynenmeren yli

Nämä biomassan polttamat päästötiedot maaliskuusta huhtikuuhun 2010 osoittavat tulipaloja Kaakkois-Aasiassa. Näiden palojen hiilidioksidipäästöjä voidaan kuljettaa pitkiä matkoja itään Tyynenmeren yli

Luottamus: Animaatiot R. Bradley Pierce, NOAA / NESDIS / STAR

Musta hiili vaikuttaa ilmastoon, niin niin suoraan (absorboimalla auringon säteilyä) ja epäsuorasti (muodostaen pilviä, jotka joko heijastavat tai absorboivat säteilyä niiden ominaisuuksien ja sijainnin mukaan). Lumiin tai jääön sijoitettu hiilidioksidi parantaa myös sulaa, mikä johtaa maapallon pinnan absorboimaan enemmän auringonvaloa. Näillä tummilla aerosoleilla on erilaisia ​​lähteitä, jotka ovat peräisin dieselpolttoaineesta tai hiilen palamisesta, polttolaitoksista metsäpaloissa ja erilaisissa teollisissa prosesseissa.

Suurin osa hiilestä jää ilmakehään vain muutaman päivän, mutta se voi silti vaikuttaa dramaattisesti ilmaston lämpenemiseen. HIPPO: n polttopuu-mittaukset voivat auttaa päättäjiä kehittämään strategioita ilmastonmuutoksen vaikutusten vähentämiseksi.

Muun muassa HIPPO-mittaukset ovat antaneet uutta tietoa hiilen hiukkasen elinkaaresta, kun se kulkee lähteestä (päästöt) sinkoutumiseen (poisto) ilmakehässä. Käytetään yhdessä maailmanlaajuisten aerosolimallien kanssa, jolloin HIPPO: n polttopisteiset mittaukset eri hiilidioksidipäästöistä voidaan käyttää eri vuodenaikoina, jotta voidaan tarkentaa tietämystämme siitä, kuinka mustahiilen aerosolit vaikuttavat ilmastoon, sanoo NOAA: n maajärjestelmätutkimuslaboratoriossa ilmakehän kemian asiantuntija Ryan Spackman.

Ennen HIPPO: ta suoritettiin rajallinen määrä ilmassa olevia mustan hiilen mittauksia. Käytettävissä olevista tutkimuksista kaikki puuttuvat HIPPO: n vertikaalisen ja latitudin yksityiskohdan yhdistelmästä. Koska globaalit aerosolimallit vaihtelevat suuresti ennustetuilla hiilipitoisuuksilla, HIPPO-tiedot osoittautuvat korvaamattomiksi useille ilmastututkimuksen osa-alueille. Koska suurin osa hiilipäästöistä ilmenee pinnalla, tyypillisesti mustahiilen määrä ilmakehässä laskee korkeuden mukaan. Eteläisellä pallonpuoliskolla, jolla on vähemmän saastumislähteitä kuin pohjoisella pallonpuoliskolla, ei kuitenkaan ole kyse.

"Ensimmäisillä lennoillamme eteläisen napan lähellä näimme, että ilmakehän musta hiilimäärät nousivat korkeudessa", sanoi NOAA: n maajärjestelmätutkimuslaboratoriossa työskentelevä fyysikko Joshua Schwarz. "Tämä osoittaa, että musta hiili kuljetettiin alueelle kaukana, ja sade päätyi alhaisemmilla korkeuksilla. Tämä johtopäätös tarjoaa näkemyksiä liikenteen ja poistomekanismien välisistä vuorovaikutuksista, jotka voivat auttaa maailmanlaajuisten mallituotteiden validoinnissa."

HIPPO kattaa laajan leveyspiirin lyhyessä ajassa, mikä vähentää todennäköisyyttä, että tutkijat menettävät mustan hiilen kuljetuksen Tyynenmeren yli. Tämä näkökulma auttoi heitä purkamaan kuljetusdynamiikan vivahteet poistoprosesseista, mikä vahvisti niiden tulosten vaikutusta.

Ensimmäisessä HIPPO-operaatiossa, joka tapahtui pohjoisen pallonpuoliskon talven aikana, musta hiili -ryhmä analysoi mustan hiilen pola-pole -jakaumia prosessissa, jossa oppii, että globaalit aerosolimallit usein yliarvioivat ilmakehän hiilen hiilen. "Mustahiilen osalta nämä havainnot ovat auttaneet meitä helpommin erottamaan virheiden vaikutukset mallinnuksen poistamiseen ja virheisiin liikenteen ja päästöjen mallinnuksessa", Schwarz totesi.

Toisen ja kolmannen HIPPO-operaation aikana, joka tapahtui pohjoisella pallonpuoliskolla syksyllä ja keväällä, tutkijat havaitsivat laajoja mustia hiilidioksidipäästötapoja, jotka liittyivät mantereiden väliseen kuljetukseen Aasian suurelta saastumiselta. Tutkijat havaitsivat kohonnutta saastumista melkein kaikilla korkeuksilla Arktisella, mutta erityisesti korkeammilla korkeuksilla, joissa voitaisiin odottaa ilman olevan suhteellisen kirkasta ja puhdasta. Tutkijat havaitsivat, että epäpuhtaudet voidaan helposti kuljettaa arktisiin ohutarkeiksi melkein kaikkina vuodenaikoina.

Toinen yllätys, joka odotti tutkijoita, oli hiilen kuormitettujen pilaantumisten kausiluonteisuus leveyspiirissä (Havaijin ja Alaskan välillä). Kevään aikana tiedemiehet havaitsivat pilaantumisen vaikutukset kahdesta pääasiallisesta lähteestä - Aasiasta peräisin olevasta ihmisen aiheuttama saastuminen ja Kaakkois-Aasiasta polttava biomassa.

"Tyynenmeren syrjäisellä Tyynenmeren saastumisvyöhykkeellä olevat mustat hiilimassat olivat verrattavissa siihen, mitä olemme havainneet suurissa amerikkalaisissa kaupungeissa", sanoi Spackman."Vieläkin yllättävää, huomasimme, että tämä saastuminen ulottui koko troposfäärin syvyydelle - läheltä meren pinnasta 28 000 jalkaan."

Typpioksidi

Jokaisella HIPPO-lennolla tutkijat näkivät usein N: n suurempia tasoja2O korkeammilla korkeuksilla kuin pinnalla. Ei vain N2O voimakas kasvihuonekaasu, se voi olla tärkein ilmakehän otsonikerrosta heikentävä aine ilmakehässä. Näin ollen enemmän kuin pelkästään tieteellisesti kiehtova, parempi ymmärrys siitä, missä se löytyy ja mitkä pitoisuudet ovat tärkeitä tietoja sekä tutkijoille että päätöksentekijöille.

Ensisijainen N2O-päästöt tulevat maaperästä ja merestä; suuri ihmisen luoma komponentti on peräisin lannoitteiden käytöstä maataloudelle. Nämä ihmisen aiheuttamat päästöt ovat suhteellisen uusi lähde, ja ne ovat kasvaneet 1800-luvun puolivälistä lähtien - 260 osaa miljardista (ppb) - 320 ppb: tä, sanoi Eric Kort, joka äskettäin valmistui Ph.D. kanssa Wofsy Harvardissa. Vaikka se ei ole ainoa N: n kuljettaja2O-tutkimukseen liittyvä HIPPO-tutkimus, ihmisen aiheuttaman N: n nopea nousu2O-pitoisuudet lisäävät kiireellisyyttä N: lle2O-tutkinta.

HIPPO-tutkijoiden yllätykseksi he havaitsivat usein korkeampia N-pitoisuuksia2O korkealla ilmakehässä - jopa alueilla, joissa maapohjaiset näytöt eivät osoittaneet kaasun läsnäoloa pinnalla. N: n odotettua korkeammat tasot2O korkeudella osoittavat enemmän dynamiikkaa työssä kuin aiemmin arvostettiin, Kort selittää.

Jotkut analyysit osoittavat, että laajamittainen konvektiivinen aktiivisuus (eli myrskyt) ja paljon sateita, jotka saattavat johtaa lisääntyneeseen mikrobiologiseen aktiivisuuteen, saattavat olla käsi tämän todellisuuden saavuttamisessa. Konvektiovyöhykkeet N2O ylös ilmakehään, jossa tuuli tarttuu siihen, työntämällä kaasua ylöspäin ja sekoittamalla sitä korkeammilla korkeuksilla.

"Paljon N: tä2O on vakiintunut trooppisista alueista, "sanoi Kort." HIPPO-antureissa on lisääntyneet päästöt tropiikissa, mutta emme tiedä, tapahtuuko tämä luonnostaan ​​trooppisista maaperälähteistä tai jos muut prosessit tai häiriöt, kuten lisääntynyt lannoitteet metsistä tuulessa, aiheuttaa tämän. "

Jälleen puuttuvat suorat havainnot, näiden dynamiikan malleilla on historiallisesti ollut suuri rooli todennäköisten N: n parempien ennusteiden saamisessa2O-käyttäytymistä. Vaikka jotkut mallit ennakoivat tarkasti lähellä pintaa N2O-abundanssit, yksikään ei ennustanut pysyviä kohonneita tasoja, jotka näkyivät korkeudessa tropiikissa.

Parempien mallinnustulosten saavuttaminen on erityisen tärkeää ilmakehän N tapauksessa2O, joka on kasvanut vuosi vuodelta nopeudella, joka lähestyy 1 osaa miljardia euroa. Kun yhteiskunta siirtyy kohti biopolttoaineiden käyttöä ja tuottamista, lannoitteiden käyttö todennäköisesti kasvaa, mikä vuorostaan ​​lisää N: ta2O-päästöjä. Jossain vaiheessa N2O voisi korvata CO: n edut2 vähentäminen. Tämän vuoksi ja sen merkityksen kasvihuonekaasuna, tiedemiehet ja päättäjät haluavat olla hyvin tietoinen kuljetuksista, virtauksista ja poistoprosesseista, jotka vaikuttavat N2O.

"Typpioksidipäästöt ovat varmasti jotain, mitä meidän on kiinnitettävä huomiota tulevien kansainvälisten sääntelysopimusten osalta, koska tällainen ei-CO2 päästöt ovat tärkeitä. Tällä hetkellä tietämyksemme näistä päästöistä on paljon rajoitetumpaa kuin CO2, sanoi Kort.

Globaalien mallien parantaminen

Vastaa havaittu ja mallinnettu N2O-tiedot parantamaan ilmakehän osatekijöiden käyttäytymisen ennustamista on merkittävä syy HIPPO: n olemassaolosta. HIPPO: n kaltaisten tehtävien monimutkaisuus, aika ja kustannukset tekevät mallinnuksesta tärkeän tavan laajentaa HIPPO-tietojen käyttöä ja kehittää malleja, jotka paremmin jäljittävät havaittuja ilmakehän ominaisuuksia.

Yksin, mikään havainto tai malli ei voi täysin ratkaista reaalimaailman prosesseja. Mutta paremmat havainnot, jotka sitten syötetään malleihin, voivat tarjota paljastavia uusia näkemyksiä ilmastomuutoksista. Suurin malli haaste CO: n näkökulmasta2, sanoi Stephens, on ilmakehän sekoittumisen esitys. Useilla käytetyillä malleilla on ristikkorakenteet, jotka ovat karkeampia kuin sekoittumisesta aiheutuvat hienojakoiset prosessit.

"Joten jos sekoittaminen tapahtuu konvektisten solujen tai kuljetuksen aikana ja kylmän ilmamassan avulla, esimerkiksi CO2 ilmakehässä eivät edusta näitä dynamiikkaa hyvin ", Stephens sanoi.

Mallinratkaisun lisääntyminen saattaa parantaa näitä kysymyksiä jonkin verran, mutta se ei ymmärrä tarvetta vankkaan havaintoon, joka tarttuu suuren ilmakehän ominaisuuksiin maan päältä korkeisiin korkeuksiin. HIPPO-profiilit ulottuvat troposfäärin läpi, laajentavat olemassa olevia havainnointitietojoukkoja - ja tietoa - sen lisäksi, mitä nykyiset maapohjaiset ominaisuudet mahdollistavat.

HIPPO-tietojen avulla tutkijat pystyvät testaamaan olemassa olevien ilmakehämallien tarkkuuden paremmin tunnistamaan ne, jotka edustavat tarkemmin havaittuja prosesseja. Lisäksi nämä havainnot tukevat innovatiivisempien mallien ja tietojen assimilaatiojärjestelmien suunnittelua - malleja ja järjestelmiä, jotka pystyvät hyödyntämään täysimääräisesti HIPPO-havaintoja. Tällaiset parannukset edistävät ihmisen päästöjä aiheuttavien hiilidioksidipäästöjen ottamisesta vastuussa olevia prosesseja2 kentällä ja välillä - ja sen jälkeen.

Toimittajan huomautus: Tätä tutkimusta tukivat Kansallinen tiedesäätiö (NSF), liittovaltion virasto, jonka tehtävänä on rahoittaa perustutkimusta ja koulutusta kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Tässä aineistossa esitetyt mielipiteet, havainnot, päätelmät tai suositukset ovat tekijän kirjoituksia eivätkä ne välttämättä kuvasta National Science Foundationin näkemyksiä. Katso Näkymätarkiston takana.


Video Täydentää: .




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com