Die räumliche Verteilung der Aerosolpartikel in der Umgebung spielt eine große Rolle bei den Wechselwirkungen zwischen Aerosol, Strahlung und Wolke. Es wurden jedoch nicht genügend Proben aus der atmosphärischen Grenzschicht und der unteren freien Troposphäre entnommen. Dies hinterlässt große Lücken in den Vorhersagen anthropogener Veränderungen im atmosphärischen Energiehaushalt.
Ein multi-institutionelles Team hat einen neuen Ansatz eingeführt, der In-situ-Probenahmen und -Messungen mithilfe unbemannter Luftsysteme (UASs) mit einer hochmodernen dreidimensionalen chemischen Bildanalysemethode (Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie) kombiniert, um diese Lücke zu schließen Verständnis.
Diese Kombination ermöglicht es Forschern, Daten und Proben aus der realen Welt für Laboranalysen zu sammeln, was neue Möglichkeiten zur Weiterentwicklung des wissenschaftlichen Verständnisses bietet. Es liefert auch Daten, die benötigt werden, um Atmosphärenmodelle genauer und zuverlässiger zu machen. Ihre Leistung ist gemeldet im Bulletin der American Meteorological Society .
Der neue Ansatz und das neue Rahmenwerk des Teams zeigen großes Potenzial für die Einschränkung von Modellsimulationen auf Prozessebene durch die Integration von UAS-Beobachtungsfunktionen und fortschrittlicher chemischer Analyse. Das Team nutzte die Entwicklung von UAS-Fähigkeiten und fortschrittlichen Messtechniken, um räumliche Daten über die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolen rund um das Atmosphärenobservatorium Southern Great Plains in Oklahoma der Benutzereinrichtung Atmospheric Radiation Measurement (ARM) zu erhalten.
Die UAS-Flüge werden genutzt, um zu demonstrieren, wie wichtig die Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung und der Oberflächeneigenschaften von Aerosolen für die anschließende Verwendung bei der Simulation des Einflusses mikrophysikalischer und optischer Eigenschaften auf den Strahlungsantrieb ist. Durch die Integration fortschrittlicher chemischer Informationen mit vertikalen Profilen der mikrophysikalischen Eigenschaften von Aerosolen kann die Genauigkeit von Large-Eddy-Simulationen der Aerosoleffekte auf Wolken und des Strahlungshaushalts verbessert werden.
Das Team nutzte dreidimensionale molekulare Bildgebungstechniken, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie und Analyse der chemischen Zusammensetzung auf Nanogrammebene ermöglicht werden, um Aerosoleigenschaften und Strukturinformationen aufzudecken.
Darüber hinaus verbessert die Integration neuartiger chemischer Analysetechniken des Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL), das – wie ARM – eine Benutzereinrichtung des Department of Energy Office of Science ist, die Luftbeobachtungsfähigkeiten von ARM und ermöglicht ein besseres Verständnis auf Prozessebene atmosphärischer Aerosole und ihre Auswirkungen auf das Klima. Zusammen tragen diese Techniken dazu bei, Modelle für Aerosol-Strahlung-Wolken-Wechselwirkungen zu verbessern.
Weitere Informationen:
Fan Mei et al., Bridging New Observational Capabilities and Process-Level Simulation: Insights into Aerosol Roles in the Earth System, Bulletin der American Meteorological Society (2024). DOI: 10.1175/BAMS-D-23-0110.1