Hippo Atneša Dangų Skoniui Žemės Atmosferoje

{h1}

5-fazės hippo (hiaper stebėjimas nuo poliaus iki poliaus) projektas sukūrė pirmąjį išsamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų, juodosios anglies ir susijusių cheminių rūšių pasiskirstymo atmosferoje tiek vertikaliai, tiek platumos platumose.

Šis straipsnis už scenų buvo pateiktas „WordsSideKick.com“ bendradarbiaujant su Nacionaliniu mokslo fondu.

Kai to reikalauja tarptautiniai susitarimai, veiksmingai ir įgyvendinant šiltnamio efektą sukeliančių dujų mažinimą reikės išsamios informacijos apie šių ir kitų atmosferos sudedamųjų dalių srautus ir transportavimą.

Tyrėjai žino, kad aerozolių, tokių kaip juodoji anglis, ir dujų, tokių kaip anglies dioksidas, vandens garai, ozonas ir azoto oksidas, koncentracijos skiriasi visame pasaulyje ir pagal sezoną. Iki šiol nebuvo tikslaus šių atmosferos komponentų koncentracijų ir jų dinamikos vaizdo.

Tyrėjai visame pasaulyje pradėjo 5-fazių HIPPO (HIAPER stebėjimas „nuo vieno iki kito“) projektą, kad pateiktų šią perspektyvą; sukūręs pirmąjį išsamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų, juodosios anglies ir susijusių cheminių rūšių pasiskirstymo atmosferoje vertikaliąsias ir platumines platumas.

„Su HIPPO dabar turime ištisas pasaulinės atmosferos dalis, kurios daugeliu atvejų atrodo kitaip, nei tikėjomės“, - teigė Stevenas Wofsy, HIPPO pagrindinis tyrėjas ir atmosferos mokslininkas iš Harvardo universiteto.

Ką mums pasakys HIPPO

Mokslininkai tikisi, kad šis išsamus vaizdas leis jiems realiau apytiksliai nustatyti atmosferos cheminį pasiskirstymą pasaulyje ir pagerinti supratimą apie žemės, vandenyno ir atmosferos sąveiką. Be pagrindinio mokslinio supratimo, HIPPO bus svarbus duomenų šaltinis, naudingas informuojant apie politiką, susijusią su klimatu ir klimato pokyčiais. Svarbus HIPPO mokslininkų dėmesys yra anglies dioksido lygis, šaltiniai (sritys, kai į atmosferą išmetama daugiau anglies, nei sunaudojama), ir kriauklės (kai anglies suvartojimas didesnis nei išmetimas).

„Stebėdami anglies dioksido mainus, mes ypač domimės atogrąžų miškais, šiauriniais miškais ir vandenynu aplink Antarktidą“, - sakė Brittonas Stephensas, atmosferos mokslininkas iš Nacionalinio atmosferos tyrimų centro ir HIPPO bendradarbis. "HIPPO pateikia tokią plačią perspektyvą, suteikdama mums galimybę pamatyti skirtingą regioninį poveikį anglies dioksido pasiskirstymui didžiojoje pasaulio dalyje."

HIPPO, remiamas Nacionalinio mokslo fondo, Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos, NASA ir daugelio universitetų, renka išsamius, didelio tikslumo atmosferos sudedamųjų dalių matavimus. 2008 m. Pavasarį pasirodžius koncepcijos įrodymui, pirmoji pasaulinių skrydžių serija prasidėjo 2009 m. Sausio mėn., Paskesni skrydžiai įvyko du kartus 2010 m. Ir du kartus 2011 m.

HIPPO lėktuvas, „Gulfstream V“, skraidė tyrinėtojais ir tiksliais prietaisais, matuojančiais apie 150 dujų ir atmosferos sudedamųjų dalių, nuo beveik ašigalio iki poliaus per Ramųjį vandenyną, skraidančius 500–47 000 pėdų aukštyje virš jūros lygio, atsižvelgiant į dienos projekto tikslą. Pirmoji kampanija, būdinga toms, kurios buvo tęsiama, prasidėjo Boulderyje, Kolorado valstijoje, tyrinėjant orą virš Arkties, judančioji laboratorija, kuri skriejo šalia Christchurch, Naujojoje Zelandijoje, prieš skrisdama per pietinį vandenyną, o vėliau - pasaulinius nutikimus Taityje, Velykų saloje. ir Centrinėje Amerikoje.

Didysis iškvėpimas: Anglies dioksidas

Stebėdamas paskutinę iš penkių neseniai įvykdytų misijų, Stephensas atkreipia dėmesį į tai, ką jis vadina Šiaurės pusrutulio „iškvėpimu“. HIPPO eksperimentinis dizainas reikalavo sezoninių duomenų rinkimo, kad būtų gauta išsami visų metų atmosferos procesų perspektyva ištisus metus. Pirmosiose trijose misijose, vykstančiose Šiaurės pusrutulio kritimo metu, žiemą ir ankstyvą pavasarį, mokslininkai pastebėjo reikšmingus anglies dioksido (CO2) pasiskirstymas ir koncentracijos.

"Sudarant tą pačią atmosferos dalį pagal sezoniškumą per pirmąsias tris misijas, galima pamatyti, kaip rudenį, žiemą ir pavasarį atmosferoje kaupiasi anglies dioksido koncentracija", - sakė Stephensas. „Milžiniškas CO baseinas2 auga šiauriniame pusrutulyje, nes sulėtėja fotosintezė ir iškastinio kuro CO2 išmetimai ir augalų bei dirvožemio kvėpavimas tęsiasi “.

Pažymėtina, kad šiauriausiuose Arkties regionuose tyrėjai nustatė, kad atmosfera greitai užpildoma CO2 dideliame aukštyje žiemą ir pavasarį, greičiausiai juda šilta konvejerio juosta, o tai užginčija esamą atmosferos procesų suvokimą.

Pastarosios dvi HIPPO misijos padėjo susidaryti aiškesnį viso sezono laikotarpio vaizdą apie anglies dioksido dinamiką. Ketvirtoji misija įvyko 2011 m. Birželio ir liepos mėn., O penktoji - rugpjūčio ir rugsėjo mėn. šiais laikotarpiais Šiaurės pusrutulis CO2 koncentracijos buvo žemiausios, kai augo vegetacija ir vyravo fotosintezės procesai. Kaip ir tikėtasi, per šį laikotarpį tyrėjai matė didžiulį CO įkvėpimą2 visame Šiaurės pusrutulyje, augantiems augalams įkvėpus CO2.

CO matavimas2skirtinguose aukščiuose ir platumose mokslininkams nustatomi daug griežtesni bendro CO kiekio suvaržymai - taigi ir didesnis supratimas.2išlaisvinimas (arba įsisavinimas) pusrutuliui. Senesni pusrutulių mainų skaičiavimai, kurie rėmėsi paviršiuje surinkta informacija, pasirodė esą maždaug 30 procentų, sakė Stephenas: „Žiūrėjimas į išorę per ribinį sluoksnį naudojant netobulus atmosferos pernešimo modelius buvo panašus į žvilgsnį pro purvinus maudymosi akinius - pagaliau, HIPPO pateikia mums aiškų vaizdą “.

Kiti svarbūs atmosferos komponentai: Juodoji anglis ir azoto oksidas

Kiti matavimai sukelia jaudulį iš trijų įvykdytų kampanijų, sakė Wofsy. HIPPO stebėjimai rodo labiau paplitusią, tolygų juodosios anglies pasiskirstymą, nei tikėtasi, o didesni, nei tikėtasi, paplitimas įvyko aukštose šiaurės pusrutulio platumose.

Be to, azoto oksido (N2O), trečiosios svarbiausios ilgaamžės antropogeninės šiltnamio efektą sukeliančios dujos (kitos dvi yra CO2 ir metanas) yra didesni nei tikėtasi troposferos vidurinėje ir viršutinėje dalyse, o ne paviršiuje; be HIPPO prietaisų ir matavimo galimybių mokslininkai negalėjo to žinoti. Žemiau pateikiama išsami informacija apie kai kuriuos netikėtus ir nenuspėjamus atradimus, susijusius su šiais atmosferos komponentais.

Juodoji anglis

Šie 2010 m. Kovo – balandžio mėn. Išmetamų biomasės degalų duomenys rodo, kad gaisrai kilo per Pietryčių Aziją. Dėl šių gaisrų išmetamos juodosios anglies kiekis gali būti gabenamas dideliais atstumais į rytus per Ramųjį vandenyną

Šie 2010 m. Kovo – balandžio mėn. Išmetamų biomasės degalų duomenys rodo, kad gaisrai kilo per Pietryčių Aziją. Dėl šių gaisrų išmetamos juodosios anglies kiekis gali būti gabenamas dideliais atstumais į rytus per Ramųjį vandenyną

Kreditas: R. Bradley Pierce'o animacijos, NOAA / NESDIS / STAR

Juodoji anglis daro įtaką klimatui, darydama tai tiesiogiai (sugerdama saulės spinduliuotę) ir netiesiogiai (sudarydama debesis, kurie atspindės arba sugers radiaciją, atsižvelgiant į jų savybes ir vietą). Juodoji anglis, nusėdusi ant sniego ar ledo, taip pat pagerina tirpimą, todėl Žemės paviršius sugeria daugiau saulės spindulių. Šiuos tamsius aerozolius gali turėti įvairūs šaltiniai: iš dyzelino ar anglies deginimo, augalų deginimo miško gaisruose ir įvairių pramoninių procesų.

Didžioji dalis juodosios anglies išlieka atmosferoje tik kelias dienas ar savaites, tačiau ji vis tiek gali turėti dramatišką poveikį pasauliniam atšilimui. HIPPO atliekami juodosios anglies matavimai „nuo poliaus iki poliaus“ gali padėti politikams rengti strategijas, kaip sumažinti jos klimato kaitos poveikį.

Be kita ko, HIPPO matavimai suteikė naujų žinių apie juodosios anglies dalelių gyvavimo ciklą, kai jos keliauja iš šaltinio (emisijos) į grimzlę (pašalinimą) atmosferoje. Naudojant kartu su pasauliniais aerozolių modeliais, HIPPO skirtinguose sezonuose užfiksuotos juodosios anglies matavimai, nukreipti nuo poliaus, gali būti naudojami siekiant patikslinti mūsų žinias apie tai, kaip juodosios anglies aerozoliai veikia klimatą, sakė NOAA Žemės sistemos tyrimų laboratorijos atmosferos chemikas Ryanas Spackmanas.

Prieš HIPPO buvo atliktas ribotas juodosios anglies matavimas ore. Visuose tyrimuose trūksta HIPPO vertikalios ir platumos detalių derinio. Kadangi pasauliniuose aerozolių modeliuose numatomos juodosios anglies koncentracijos labai skiriasi, HIPPO duomenys bus neįkainojami daugeliu klimato tyrimų aspektų. Kadangi dauguma juodosios anglies išmetama į paviršių, paprastai juodosios anglies kiekis atmosferoje mažėja aukštyje. Pietiniame pusrutulyje, kuriame yra mažiau taršos šaltinių nei šiauriniame pusrutulyje, tačiau taip nėra.

„Pirmuosiuose mūsų skrydžiuose netoli pietinio ašigalio matėme, kad juodosios anglies kiekis atmosferoje didėja aukštyje“, - teigė Joshua Schwarzas, fizikas, dirbantis NOAA Žemės sistemos tyrimų laboratorijoje. "Tai rodo, kad juodoji anglis į regioną buvo gabenama iš toli, o lietaus pasitaikydavo mažesniame aukštyje. Ši išvada suteikia įžvalgos apie transportavimo ir šalinimo mechanizmų sąveiką, kuri gali padėti patvirtinti visuotinio modelio rezultatus."

HIPPO per trumpą laiką apima įvairias platumas, todėl sumažėja tikimybė, kad mokslininkai praleis juodąją anglį per Ramųjį vandenyną. Ši perspektyva padėjo jiems išnaikinti transportavimo dinamikos, susijusios su pašalinimo procesais, niuansus, kurie sustiprino jų rezultatų poveikį.

Pirmojoje HIPPO misijoje, vykusioje žiemą šiauriniame pusrutulyje, juodosios anglies komanda išanalizavo juodosios anglies pasiskirstymą tarp polių, sužinodami, kad pasauliniai aerozolių modeliai dažnai pervertina juodąją anglį atmosferoje. „Šie stebėjimai padėjo mums lengviau atskirti modeliavimo pašalinimo klaidų ir transporto bei išmetamųjų teršalų modeliavimo klaidų poveikį“, - sakė Schwarzas.

Antrosios ir trečiosios HIPPO misijų, vykusių Šiaurės pusrutulyje rudenį ir pavasarį, metu mokslininkai pastebėjo didelio masto juodosios anglies taršos įvykius, susijusius su didžiulio taršos iš Azijos gabenimu tarp žemynų. Tyrėjai stebėjo padidėjusią taršą beveik visuose Arkties aukščiuose, bet ypač didesniame aukštyje, kur galima tikėtis, kad oras bus gana skaidrus ir švarus. Mokslininkai atrado, kad teršalus galima lengvai pernešti į Arktį kaip plonus oro lakštus beveik bet kuriuo metų laiku.

Kita mokslininkų laukianti staigmena buvo juodosios anglies užterštos taršos sezoniškumas vidutinėse platumose (tarp Havajų ir Aliaskos). Pavasario metu mokslininkai nustatė taršą iš dviejų vyraujančių šaltinių - žmonių sukeliamos taršos iš Azijos ir biomasės deginimo iš Pietryčių Azijos.

„Juodosios anglies masės apkrova taršos pliūpsniuose Ramiajame Ramiajame vandenyne buvo panaši į tai, ką mes pastebėjome dideliuose Amerikos miestuose“, - sakė S. Spackmanas. "Dar labiau stebina, kad mes sužinojome, kad ši tarša tęsėsi per visą troposferos gylį - nuo vandenyno paviršiaus iki 28 000 pėdų".

Azoto oksidas

Kiekviename HIPPO skrydyje mokslininkai dažnai matydavo aukštesnį N lygį2O didesniame aukštyje nei paviršiuje. Ne tik N2O galingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos, tai gali būti svarbiausia atmosferoje stratosferos ozoną ardanti medžiaga. Taigi mokslininkams ir sprendimų priėmėjams svarbi informacija yra ne tik moksliškai intriguojanti, bet ir geresnis supratimas, kur ji randama ir kokia koncentracija.

Pirminis N2O išmetami iš dirvožemio ir vandenyno; didelis žmogaus sukurtas komponentas atsiranda dėl trąšų naudojimo žemės ūkyje. Šie antropogeniniai išmetimai yra palyginti naujas šaltinis ir nuo 1800-ųjų vidurio didėja - nuo 260 dalių milijardui (ppb) iki 320 ppb, sakė Ericas Kortas, neseniai baigęs daktaro laipsnį. su Wofsy Harvarde. Nors nėra vienintelis N vairuotojas2O su HIPPO susiję tyrimai, spartus žmogaus generuojamo N kiekio padidėjimas2O koncentracijos atmosferoje sukelia skubų N2O tyrimas.

HIPPO tyrėjų nuostabai, jie dažnai nustatė padidėjusias N koncentracijas2O daug atmosferoje - net tose vietose, kur antžeminiai monitoriai nenurodė dujų buvimo paviršiaus. Didesnis nei tikėtasi N lygis2O aukštyje rodo didesnę dinamiką darbe, nei buvo vertinta anksčiau, aiškina Kort.

Kai kurios analizės rodo, kad didelio masto konvekcinis aktyvumas (t. Y. Audros) ir daug kritulių, dėl kurių gali padidėti mikrobų aktyvumas, gali turėti įtakos šiai tikrovei. Konvekciniai pjūviai N2O į atmosferą, kur vėjas jį gaudo, stumdamas dujas toliau aukštyn ir maišydamas didesniame aukštyje.

„Daug N2O yra paliekamas atogrąžų regionuose ", - sakė Kortas.„ HIPPO jutikliai rodo padidėjusį išmetimą į tropikus, tačiau mes nežinome, ar tai įvyksta natūraliai, atsirandantį iš atogrąžų dirvožemio šaltinių, ar kiti procesai ar perturbacijos, pvz. trąšos, kylančios iš miškų, sukelia tai “.

Vėlgi, trūkstant tiesioginių stebėjimų, šių dinamikos modeliai istoriškai suvaidino didelę reikšmę geresnėms tikėtino N prognozėms gauti2O elgesys. Nors kai kurie modeliai tiksliai tikėjosi artimo paviršiaus N2O, gausos, nė vienas neprognozavo nuolatinio padidėjusio lygio, matomo tropikuose aukštyje.

Norint pasiekti geresnius modeliavimo rezultatus, ypač svarbu atmosferos N atveju2O, kuris kasmet didėjo ir artėjo prie 1 milijardo dalies. Visuomenei pereinant prie biokuro naudojimo ir gamybos, trąšų vartojimas greičiausiai išaugs, o tai savo ruožtu padidins N2O emisijos. Tam tikru metu N2O galėtų kompensuoti CO naudą2 sumažinimas. Dėl šios priežasties ir dėl savo, kaip šiltnamio efektą sukeliančių dujų, svarbos mokslininkai ir politikos formuotojai nori gerai išmanyti apie transportavimą, srautus ir šalinimo procesus, turinčius įtakos N2O.

„Azoto oksido išmetimas tikrai yra tas dalykas, dėl kurio turime susirūpinti būsimose tarptautinėse reguliavimo sutartyse, nes tokie ne CO2 emisijos bus svarbios. Šiuo metu mūsų žinios apie šias emisijas yra žymiai ribotos, nei apie CO2“, - sakė Kortas.

Visuotinių modelių tobulinimas

Sutampa stebimas ir modeliuojamas N2O duomenys, kurie leidžia geriau numatyti atmosferos sudedamųjų dalių elgseną, yra svarbi priežastis, dėl kurios egzistuoja HIPPO. Misijų, tokių kaip HIPPO, sudėtingumas, laikas ir išlaidos daro modeliavimą svarbiu būdu išplėsti HIPPO duomenų naudojimą ir sukurti modelius, kurie geriau atkartotų stebimas atmosferos charakteristikas.

Vien stebėjimai ir modeliai negali visiškai išspręsti realaus pasaulio procesų. Bet patobulinti stebėjimai, kurie vėliau naudojami modeliuose, gali suteikti naujų įžvalgų apie klimato dinamiką. Pagrindinis modelio iššūkis CO požiūriu2, sakė Stephens, atmosferos maišymo reprezentacijos. Dažnai naudojamų modelių tinklelio struktūros yra šiurkštesnės nei smulkių procesų, atsakingų už maišymą.

Pavyzdžiui, jei maišymas įvyksta dėl konvekcinių elementų arba, jei, pavyzdžiui, transportuojama aukščiau ir virš šalto oro masės, transporto modeliai naudojami CO2 atmosferoje neatspindi šios dinamikos “, - teigė Stephensas.

Padidėjęs modelio skiriamoji geba gali šiek tiek pagerinti šias problemas, tačiau neatsiranda poreikio atlikti tvirtus stebėjimus, atspindinčius plačių atmosferos bruožų nuo žemės paviršiaus iki aukščio aukštį. HIPPO profiliai tęsiasi per troposferą, plečiant esamus stebėjimo duomenų rinkinius ir žinias, viršijantį dabartines antžemines galimybes.

Naudodamiesi HIPPO duomenimis, tyrėjai galės išbandyti esamų atmosferos modelių tikslumą, kad geriau nustatytų tuos, kurie tiksliausiai atspindi stebimus procesus. Be to, šie pastebėjimai padės sukurti novatoriškesnius modelius ir duomenų asimiliacijos sistemas - modelius ir sistemas, galinčias visapusiškai pasinaudoti HIPPO stebėjimais. Tokie patobulinimai paskatins suvokti procesus, atsakingus už žmogaus išmetamo CO įsisavinimą2 lauko kampanijų metu ir tarp jų - ir už jos ribų.

Redaktoriaus pastaba: Šį tyrimą rėmė Nacionalinis mokslo fondas (NSF), federalinė agentūra, kuriai pavesta finansuoti pagrindinius mokslinius tyrimus ir švietimą visose mokslo ir inžinerijos srityse. Šioje nuomonėje pateiktos nuomonės, išvados ir išvados ar rekomendacijos yra tos pačios autorės nuomonės, jos nebūtinai atspindi Nacionalinio mokslo fondo požiūrį. Žr Už scenų archyvo.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Aukštesni Žmonės Uždirba Daugiau Pinigų
Aukštesni Žmonės Uždirba Daugiau Pinigų

Kodėl Informatoriai Turėtų Saugotis Naujų Spragų (Op-Ed)
Kodėl Informatoriai Turėtų Saugotis Naujų Spragų (Op-Ed)

Mokslas Naujienos


„Mcwhopper“ „Mega-Burger“ Turėtų Kalorijų
„Mcwhopper“ „Mega-Burger“ Turėtų Kalorijų

8 Mitai, Kurie Galėtų Nužudyti Jūsų Santykius
8 Mitai, Kurie Galėtų Nužudyti Jūsų Santykius

Sveikesni Pomidorai, Auginami Jūros Vandenyje
Sveikesni Pomidorai, Auginami Jūros Vandenyje

Naujos Cholesterolio Patikros Gairės Vaikams „Sparks“ Diskusijos
Naujos Cholesterolio Patikros Gairės Vaikams „Sparks“ Diskusijos

Kelionės Automobiliu Tėvai Yra Mažiau Budrūs Dėl Sėdynių Su Sėdynėmis
Kelionės Automobiliu Tėvai Yra Mažiau Budrūs Dėl Sėdynių Su Sėdynėmis


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com