Aerosoler och strålning

Forskningen kring aerosoler behandlar ett antal grundläggande frågor som sträcker sig från mikrofysiska processer, atmosfärsoptik och strålningstransport till inversmodellering av satellitobservationer.

Interaktion mellan aerosol och klimat

Sedan förindustriell tid har det skett en väsentlig ökning av aerosolhalterna. Aerosoler påverkar klimatet, dels direkt genom spridning och absorption av strålning, dels indirekt genom att fungera som kondensationskärnor för moln, vilket ändrar molnens livstid och optiska egenskaper. Detta anses vara en av de största osäkerhetsfaktorerna i klimatmodeller.

Syftet med vår forskning är att få en bättre förståelse får interaktioner mellan aerosoler, moln och strålning för att minska dessa osäkerheter i modellerna.

Satellitobservationer av aerosoler, assimilering av data och inversmodellering

För att utvärdera aerosolfördelningen i atmosfären, särskilt för klimatmodellering, krävs enhetliga och långa dataserier. Dessutom kräver prognossystemet för luftkvalitet observationer i nära realtid för att korrigera modellen. Båda kraven uppfylls med hjälp av så kallade polära satelliter som går i banor runt polerna. Men satelliterna förser oss inte med direkt information om aerosolhalter utan snarare information om aerosolernas optiska egenskaper.

För att kunna få ut information om aerosolhalter måste man lösa ett svårlösligt inverteringsproblem. Vi använder dataassimileringstekniker för att göra det.

Aerosoloptik

För att införliva data från observationer behövs en optisk modell för att matcha aerosolhalter med aerosolers optiska egenskaper. Dessutom stör aerosolers spridning och absorption strålningsbalansen och de påverkar därmed klimatet.

För att hantera dessa frågor utvecklar vi optiska aerosolmodeller för olika typer av partiklar som sot, mineralstoft och vulkanisk aska.

Vindburet stoft, vulkanisk aska och skogsbränder

Tillfälliga naturliga utsläpp av partiklar som vindburet stoft, vulkaniska aerosoler och rök från skogsbränder kan inverka kraftigt på luftkvaliteten både regionalt och i hemisfären samt även på klimatet. Vulkanisk aska kan också äventyra flygsäkerheten.

Vi använder både modelleringsmetoder och utsläppsdata från satellitmätningar för att beskriva sådana tillfälliga händelser i våra modeller.

Aerosoldynamik

Aerosolers partikelstorlek kan variera mellan några få nanometer till flera mikrometer. Partiklarna kan tillväxa genom kondensering och koagulationsprocesser, men också krympa genom avdunstning. Från gasfasen bildas också nya partiklar genom kärnbildningsprocesser. Det är viktigt att känna till dessa partiklars storlek och sammansättning för att bedöma deras hälsoeffekter, deras optiska egenskaper och strålningsegenskaper, samt deras interaktion med molndroppar, vilket i sin tur är avgörande för klimat- och fjärranalystillämpningar.

Vi arbetar med en modern aerosoldynamikmodell som tar hänsyn till dessa processer. Den omfattar också en molnaktiveringsmodell som vi har kopplat till en regional klimatmodell som har tagits fram på SMHI.