Un Hippo Duce Spre Cer Să Guste Atmosfera Pământului

{h1}

Proiectul în 5 faze hippo (hiaper pole-to-pole observation) a generat prima mapare detaliată - atât pe verticală cât și pe latitudini - a distribuției globale a gazelor cu efect de seră, a carbonului negru și a speciilor chimice conexe în atmosferă.

Acest articol din spatele scenelor a fost furnizat WordsSideKick.com în parteneriat cu Fundația Națională de Știință.

Odată ce acordurile internaționale o vor solicita, o reducere eficientă și eficientă a gazelor cu efect de seră va necesita informații aprofundate despre fluxurile și transporturile acestora și ale altor elemente componente ale atmosferei.

Cercetătorii știu că concentrațiile de aerosoli precum carbonul negru și gazele precum dioxidul de carbon, vaporii de apă, ozonul și oxidul nitru variază pe glob și în funcție de anotimp. Până de curând, o imagine cu granulație fină a concentrațiilor și a înțelegerii dinamicii acestor componente atmosferice nu exista.

Cercetătorii de pe tot globul au lansat proiectul HIPPO în 5 faze (HIAPER Pole-to-Pole Observation) pentru a oferi această perspectivă; a generat prima cartografiere detaliată - atât pe verticală, cât și pe latitudini - a distribuției globale a gazelor cu efect de seră, a carbonului negru și a speciilor chimice conexe în atmosferă.

„Cu HIPPO, acum avem felii întregi de atmosferă globală care, în multe cazuri, apar diferit decât ne-am fi așteptat”, a spus Steven Wofsy, investigatorul principal al HIPPO și om de știință atmosferică la Universitatea Harvard.

Ce ne va spune HIPPO

Oamenii de știință se așteaptă ca această perspectivă detaliată să le permită să se apropie mai realist de distribuția chimică a atmosferei globale și să îmbunătățească înțelegerea modului în care interacționează pământul, oceanul și atmosfera. Pe lângă alimentarea înțelegerii științifice de bază, HIPPO va oferi o sursă vitală de date utile pentru informarea politicilor legate de schimbările climatice și climatice. Nivelurile de dioxid de carbon, sursele (zonele în care este eliberat mai mult carbon în atmosferă decât este preluat) și scufundările (unde absorbția de carbon este mai mare decât eliberarea) sunt un focus semnificativ pentru oamenii de știință HIPPO.

"În urmărirea schimbului de dioxid de carbon, ne interesează în special pădurile tropicale, pădurile nordice și oceanul din jurul Antarcticii", a declarat Britton Stephens, un om de știință atmosferică la Centrul Național de Cercetări Atmosferice și co-investigator HIPPO. "HIPPO oferă o perspectivă atât de largă, oferindu-ne o ocazie de a vedea diferitele influențe regionale asupra distribuțiilor de dioxid de carbon în mare parte a globului."

HIPPO, susținut de Fundația Națională de Știință, Administrația Națională Oceanică și Atmosferică, NASA și o serie de universități, colectează măsurători detaliate și de înaltă precizie ale componentelor atmosferice. După lansarea dovezii sale de concept în primăvara anului 2008, prima serie de zboruri globale a început în ianuarie 2009, zborurile ulterioare au avut loc de două ori în 2010 și de două ori în 2011.

Avionul HIPPO, un Gulfstream V a zburat cercetători și instrumente de precizie care măsoară aproximativ 150 de gaze și constituenți atmosferici, de la aproape pol la pol peste Oceanul Pacific, care zboară la altitudini care variază între 500 și 47.000 de metri deasupra nivelului mării, în funcție de obiectivul zilnic al proiectului. Prima campanie - tipică pentru cele de urmat - a început în Boulder, Colorado, a explorat aerul deasupra Arcticii, laboratorul în mișcare îndreptat lângă Christchurch, Noua Zeelandă, înainte de a zbura peste Oceanul de Sud, cu acoperișuri ulterioare în Tahiti, Insula Paștelui și America Centrală.

Expiratul cel mare: Dioxidul de carbon

Odată cu ultima dintre cele cinci misiuni finalizate recent, Stephens atrage atenția asupra a ceea ce el numește „expirarea” emisferei nordice. Proiectarea experimentală HIPPO a solicitat colectarea de date sezoniere pentru a obține o perspectivă completă, pe tot parcursul anului, asupra proceselor atmosferice globale. În primele trei misiuni, care au avut loc în toamna emisferei nordice, iarna și primăvara începutului, oamenii de știință au observat schimbări semnificative ale dioxidului de carbon (CO2) distribuție și concentrații.

"Prin alinierea aceleiași felii de atmosferă în ordine sezonieră pe parcursul primelor trei misiuni, este posibil să se constate acumularea de concentrații de dioxid de carbon în atmosferă peste toamnă, iarnă și primăvară", a spus Stephens. „O piscină uriașă de CO2 crește în emisfera nordică pe măsură ce fotosinteza încetinește și pe măsură ce CO-combustibil fosil2 emisiile și respirația plantelor și a solului continuă. "

În special, în cele mai nordice regiuni din Arctica, cercetătorii au descoperit umplerea rapidă a atmosferei cu CO2 la altitudini mari în timpul iernii și primăverii, mișcat probabil de banda transportoare caldă, care contestă percepțiile existente asupra proceselor atmosferice.

Ultimele două misiuni HIPPO au ajutat la oferirea unei viziuni mai clare asupra perspectivei de ansamblu și a imaginii mari asupra dinamicii dioxidului de carbon. A patra misiune a avut loc în iunie și iulie 2011, iar a cincea în august și septembrie; în aceste perioade, emisfera nordică CO2 concentrațiile au fost cele mai scăzute pe măsură ce creșterea vegetației și procesele fotosintetice au atins maximul. Așa cum era de așteptat, în toată această perioadă cercetătorii au observat o inhalare masivă de CO2 în toată emisfera nordică, pe măsură ce plantele în creștere respirau în CO2.

Măsurarea CO2la diversitatea altitudinilor și latitudinilor le oferă oamenilor de știință constrângeri mult mai stricte - și, prin urmare, mai bune înțelegeri - asupra cantității totale de CO2eliberare (sau absorbție) pentru emisferă. Estimările mai vechi ale schimbului emisferic, care s-au bazat pe informațiile colectate la suprafață, se dovedesc a fi oprite cu aproximativ 30 la sută, a spus Stephens: „Privirea prin stratul de frontieră folosind modele imperfecte de transport atmosferic a fost ca și cum ai privi ochelari de înot cu ceață - în sfârșit., HIPPO ne oferă o viziune clară. "

Alte componente atmosferice importante: carbonul negru și oxidul nitru

Alte măsurători generează entuziasm din cele trei campanii finalizate, a spus Wofsy. Observațiile HIPPO arată o distribuție mai răspândită și uniformă a carbonului negru decât cel anticipat, abundențele mai mari decât cele așteptate apar la latitudini mari în emisfera nordică.

În plus, concentrații de oxid nitru (N2O), al treilea cel mai important gaz de seră antropic de lungă durată (celelalte două fiind CO2 și metan), sunt mai mari decât se așteptau la troposfera mijlocie și superioară tropicală decât la suprafață; fără instrumentele și capacitățile de măsurare ale HIPPO, oamenii de știință nu ar fi putut ști acest lucru. Mai multe detalii despre unele dintre rezultatele neașteptate - și imprevizibile - legate de aceste componente atmosferice sunt prezentate mai jos.

Carbon negru

Aceste date privind emisiile cu ardere de biomasă din martie până în aprilie 2010 arată incendii care au avut loc în Asia de Sud-Est. Emisiile de carbon negru provenite de la aceste incendii pot fi transportate pe distanțe lungi spre est, peste Pacific

Aceste date privind emisiile cu ardere de biomasă din martie până în aprilie 2010 arată incendii care au avut loc în Asia de Sud-Est. Emisiile de carbon negru provenite de la aceste incendii pot fi transportate pe distanțe lungi spre est, peste Pacific

Carbonul negru afectează clima, făcând acest lucru atât direct (prin absorbția radiațiilor solare), cât și indirect (formând nori care vor reflecta sau vor absorbi radiațiile, în funcție de caracteristicile și locația lor). Carbonul negru depus pe zăpadă sau gheață îmbunătățește, de asemenea, topirea conducând suprafața Pământului pentru a absorbi mai multă lumină solară. Acești aerosoli întunecați au o varietate de surse, care provin din combustibil diesel sau cărbune, instalații de ardere în incendii forestiere și diverse procese industriale.

Majoritatea carbonului negru rămâne în atmosferă doar câteva zile până la săptămâni, dar poate avea încă un impact dramatic asupra încălzirii globale. Măsurările de la pol la pol la HIPPO de carbon negru pot ajuta factorii de decizie în elaborarea strategiilor de reducere a impactului său asupra schimbărilor climatice.

Printre altele, măsurătorile HIPPO au furnizat noi cunoștințe cu privire la ciclul de viață al unei particule de carbon negru, în timp ce călătorește de la sursă (emisie) la scufundare (eliminare) în atmosferă. Folosit împreună cu modelele globale de aerosoli, măsurătorile polonez-pol la HIPPO ale carbonului negru capturat în diferite anotimpuri pot fi utilizate pentru a ne perfecționa cunoștințele despre modul în care aerosolii cu carbon negru afectează climatul, a spus Ryan Spackman, chimist atmosferic din cadrul laboratorului de cercetare a sistemului terestru al NOAA.

Înainte de HIPPO, au fost efectuate un număr limitat de măsurători aeriene de carbon negru. Dintre studiile disponibile, toate nu au combinația HIPPO de detalii verticale și latitudinale. Deoarece modelele globale de aerosoli variază mult în concentrațiile de carbon negre proiectate, datele HIPPO se vor dovedi neprețuite pentru multe aspecte ale cercetării climatice. Deoarece majoritatea emisiilor de carbon negru apar la suprafață, de obicei cantitatea de carbon negru din atmosferă scade odată cu altitudinea. În emisfera sudică, care are mai puține surse de poluare decât emisfera nordică, nu este cazul.

"În primele noastre zboruri în apropierea Polului sudic, am văzut cantitatea de carbon negru din atmosferă crescând cu altitudinea", a spus Joshua Schwarz, un fizician care lucrează în cadrul laboratorului de cercetare a sistemului terestru NOAA. "Acest lucru indică faptul că carbonul negru a fost transportat în regiune de departe, iar ploaia a avut loc la altitudini mai mici. Această concluzie oferă perspective asupra interacțiunii mecanismelor de transport și îndepărtare care pot ajuta la validarea rezultatelor modelelor globale."

HIPPO acoperă o gamă largă de latitudini într-un timp scurt, reducând probabilitatea ca oamenii de știință să lipsească transportul de carbon negru în Pacific. Această perspectivă i-a ajutat să deslușească nuanțele dinamicii transportului din procesele de eliminare, ceea ce a întărit impactul rezultatelor lor.

În prima misiune HIPPO, care a avut loc în timpul iernii din emisfera nordică, echipa de carbon negru a analizat distribuțiile de la pol la pol de carbon negru, în procesul aflând că modelele globale de aerosoli deseori supraestimează carbonul negru în atmosferă. "Pentru carbonul negru, aceste observații ne-au ajutat să separăm mai ușor impacturile erorilor în îndepărtarea modelării și a erorilor în modelarea transportului și a emisiilor", a spus Schwarz.

În timpul celei de-a doua și a treia misiuni HIPPO, care au avut loc în toamna și primăvara emisferei de nord, oamenii de știință au observat evenimente de poluare cu carbon negru pe scară largă asociate cu transportul intercontinental de cantități vaste de poluare din Asia. Anchetatorii au observat o poluare ridicată la aproape toate altitudinile din zona arctică, dar mai ales la altitudini mai mari, unde se poate aștepta ca aerul să fie relativ limpede și curat. Oamenii de știință au descoperit că poluanții pot fi transportați cu ușurință în Arctica sub formă de foi subțiri de aer în aproape orice anotimp.

O altă surpriză în așteptarea oamenilor de știință a fost sezonul penelor poluării negre încărcate de carbon la latitudinile medii (între Hawaii și Alaska). În timpul primăverii, oamenii de știință au identificat contribuțiile de poluare din două surse predominante - poluarea produsă de oameni din Asia și arderea biomasei din Asia de Sud-Est.

„Încărcările în masă neagră de carbon din penele de poluare din Pacificul îndepărtat au fost comparabile cu cele observate în marile orașe americane”, a spus Spackman. „Și mai surprinzător, am descoperit că această poluare s-a extins pe întreaga adâncime a troposferei - de la aproape suprafața oceanului până la 28.000 de metri.”

Oxid de azot

La fiecare zbor HIPPO, oamenii de știință au văzut frecvent niveluri mai mari de N2O la altitudini mai mari decât la suprafață. Nu numai că este N2O un puternic gaz cu efect de seră, poate fi cea mai importantă substanță care stinge ozonul din atmosferă. În consecință, mai mult decât pur și simplu intrigarea științifică, o mai bună înțelegere a locului unde se găsește și în ce concentrații sunt informații importante atât pentru oamenii de știință, cât și pentru factorii de decizie.

N primar2Emisiile provenite din soluri și din ocean; o componentă mare generată de om își are originea ca urmare a utilizării îngrășămintelor pentru agricultură. Aceste emisii antropice sunt o sursă relativ nouă și au crescut de la mijlocul anilor 1800 - de la 260 de părți pe miliard (ppb) la 320 ppb, a spus Eric Kort, care și-a terminat recent doctoratul. cu Wofsy la Harvard. Deși nu este singurul șofer al N2Cercetări legate de O despre HIPPO, creșterea rapidă a N generatoare de oameni2Concentrațiile O în atmosferă adaugă urgență în N2O anchetă.

Spre surprinderea anchetatorilor HIPPO, au găsit deseori concentrații crescute de N2O ridicat în atmosferă - chiar și în zonele în care monitoarele la sol nu au indicat prezența gazului la suprafață. Nivelurile mai mari decât era de așteptat2O la altitudine indică mai multe dinamici la locul de muncă decât apreciate anterior, explică Kort.

Unele analize arată că activitatea convectivă la scară largă (adică furtunile) și o mulțime de precipitații, care ar putea duce la creșterea activității microbiene, ar putea avea o mană în realizarea acestei realități. Plute de convecție N2O în sus în atmosferă, unde vântul îl prinde, împingând gazul în sus și amestecând-o la altitudini mai mari.

„O mulțime de N2O este legată de regiuni tropicale ", a spus Kort." Senzorii HIPPO arată emisiile crescute în tropice, dar nu știm dacă acest lucru apare în mod natural, provenind din surse tropicale de sol sau dacă există alte procese sau perturbări, cum ar fi utilizarea sporită a îngrășăminte adânc din păduri, cauzează acest lucru. "

Din nou, lipsite de observații directe, modelele acestor dinamici au jucat istoric un rol important în obținerea unor predicții mai bune despre N probabil2O comportament. În timp ce unele modele au anticipat cu precizie N-suprafața aproape2O abundențe, niciunul nu a prezis nivelurile persistente crescute văzute la altitudine la tropice.

Obținerea unor rezultate de modelare mai bune va fi deosebit de importantă în cazul N atmosferice2O, care a crescut an de an cu o rată care se apropie de 1 parte per miliard. Pe măsură ce societatea se îndreaptă spre utilizarea și producerea de biocombustibili, utilizarea îngrășămintelor va crește probabil, ceea ce, la rândul său, va amplifica N2Emisii O. La un moment dat, N2O ar putea compensa beneficiile din CO2 reducere. Din această cauză și datorită importanței sale ca gaz cu efect de seră, oamenii de știință și factorii de decizie doresc să aibă o conștientizare bine conturată cu privire la procesele de transport, fluxuri și îndepărtare care afectează N2O.

"Emisiile de oxid de azot sunt cu siguranță ceva de care trebuie să ne preocupăm în ceea ce privește viitoarele tratate de reglementare internaționale, deoarece astfel de non-CO2 emisiile vor fi importante. În prezent, cunoașterea noastră despre aceste emisii este mult mai limitată decât este cazul CO2", a spus Kort.

Îmbunătățirea modelelor globale

Potrivirea N observate și modelate N2O date pentru a prezice mai bine comportamentul constituenților atmosferici este un motiv semnificativ pentru existența HIPPO. Complexitatea, timpul și cheltuielile misiunilor precum HIPPO fac ca modelarea să fie o modalitate importantă de extindere a utilizării datelor HIPPO și să dezvolte modele care să reproducă mai bine caracteristicile atmosferice observate.

Singur, nici observațiile, nici modelele nu pot rezolva pe deplin procesele din lumea reală. Dar observațiile îmbunătățite care apoi se alimentează cu modele pot oferi dezvăluiri noi despre dinamica climei. Provocarea principală a modelului din perspectiva CO2, a spus Stephens, este reprezentări ale amestecării atmosferice. Adesea, modelele utilizate au structuri de grilă mai grele decât procesele la scară fină responsabile de amestecare.

„Deci, dacă amestecarea se întâmplă datorită celulelor convective sau transportului în sus și peste o masă de aer rece, de exemplu, modelele de transport utilizate pentru a urmări CO2 în atmosferă nu reprezintă bine aceste dinamici ", a spus Stephens.

Creșterea rezoluției modelului poate îmbunătăți oarecum aceste probleme, dar nu se impune necesitatea unor observații solide care să surprindă caracteristicile lățimilor largi ale atmosferei, de la sol la altitudini mari. Profilurile HIPPO se extind prin troposferă, extinzând seturile de date de observație existente - și cunoștințe - dincolo de cele permise de capacitățile actuale la sol.

Folosind datele HIPPO, cercetătorii vor putea testa exactitatea modelelor atmosferice existente pentru a identifica mai bine cele care reprezintă cel mai precis procesele observate. Mai mult, aceste observații vor ajuta la proiectarea de modele mai inovatoare și sisteme de asimilare a datelor - modele și sisteme capabile să profite din plin de observațiile HIPPO. Astfel de îmbunătățiri vor impulsiona înțelegerea în avans a proceselor responsabile cu absorbția de CO emisă de om2 în timpul și între campaniile de teren - și nu numai.

Nota editorului: Această cercetare a fost susținută de Fundația Națională a Științei (FSN), agenția federală însărcinată cu finanțarea cercetării și educației de bază pe toate domeniile științei și ingineriei. Orice opinii, concluzii și concluzii sau recomandări exprimate în acest material sunt cele ale autorului și nu reflectă în mod necesar opiniile Fundației Naționale a Științei. Vezi În spatele Arhivei Scenelor.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Ce Sunt Elementele De Pământ Rare - Și Ce Au De A Face Cu Mediul?
Ce Sunt Elementele De Pământ Rare - Și Ce Au De A Face Cu Mediul?

Cele Mai Moarte Cutremure Din Istorie
Cele Mai Moarte Cutremure Din Istorie

5 Invenții Solicită Alaskanii
5 Invenții Solicită Alaskanii

De Ce Iubim Juicy Gossip Mags
De Ce Iubim Juicy Gossip Mags

Cercetătorii Au Măsurat Doar Un Atom Cu O Perioadă De Înjumătățire De 18 Ani De Sextilie
Cercetătorii Au Măsurat Doar Un Atom Cu O Perioadă De Înjumătățire De 18 Ani De Sextilie


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com