Een onderzoek naar aerosolen die biomassa verbranden, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Wyoming, onthulde dat rook van bosbranden een meer verkoelend effect op de atmosfeer heeft dan computermodellen aannemen.

"De studie gaat in op de impact van bosbranden op het wereldwijde klimaat, en we hebben intensief gebruik gemaakt van de NCAR-Wyoming supercomputer (Cheyenne), " zegt Shane Murphy, een UW universitair hoofddocent atmosferische wetenschap. "Ook, de paper gebruikte observaties van UW en andere teams over de hele wereld om te vergelijken met de resultaten van het klimaatmodel. De belangrijkste conclusie van het werk is dat natuurbrandrook meer verkoelend werkt dan de huidige modellen aannemen."

Murphy was een bijdragende auteur van een paper, getiteld "Biomassa verbrandende aerosolen in de meeste klimaatmodellen zijn te absorberend, " dat werd gepubliceerd op 12 januari (vandaag) in Natuurcommunicatie , een open access tijdschrift dat kwalitatief hoogstaand onderzoek publiceert uit alle gebieden van de natuurwetenschappen. Papers die door het tijdschrift worden gepubliceerd, vertegenwoordigen belangrijke vooruitgang die van belang is voor specialisten op elk gebied.

jager bruin, die in het najaar van 2020 afstudeerde aan de UW met een Ph.D. in de atmosferische wetenschap, was de hoofdauteur van de krant. Andere bijdragen aan de paper waren onderzoekers van de Texas A&M University; North Carolina A&T Staatsuniversiteit; de Universiteit van Georgië; het Fins Meteorologisch Instituut; het Centrum voor Internationale Klimaat- en Milieuwetenschappen, en het Noorse Meteorologisch Instituut, zowel in Oslo, Noorwegen; de Universiteit van Reading in het Verenigd Koninkrijk; North-West University in Zuid-Afrika; de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei, China; en Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Wassen.

de compositie, grootte en mengtoestand van biomassa verbrandende aerosolen bepalen de optische eigenschappen van rookpluimen in de atmosfeer die, beurtelings, zijn een belangrijke factor bij het dicteren hoe deze aerosolen de energiebalans in de atmosfeer verstoren.

"We ontdekten dat veel van de meest geavanceerde klimaatmodellen biomassa verbrandende aerosolen of rook die donkerder is simuleren, of meer lichtabsorberend, dan wat we zien in observaties, " zegt Bruin, van Juneau, Alaska. "Dit heeft implicaties voor de klimaatvoorspellingen van deze modellen."

De waarnemingen en modellen die in het onderzoek werden gebruikt, bestreken een breed tijdsbereik. Afrika, Zuid-Amerika en Zuidoost-Azië, naast boreale brandgebieden, werden gekozen omdat deze de grootste bijdrage leveren aan de uitstoot van rook door biomassa ter wereld, zegt Bruin.

Het National Center for Atmospheric Research (NCAR)-Wyoming Supercomputing Center (NWSC) in Cheyenne werd gebruikt voor alle gegevensverwerking en de simulaties van de modelgevoeligheid, zegt Bruin. Sommige van de andere modelgegevens die in dit onderzoek ter vergelijking zijn gebruikt, zijn elders gegenereerd.

"Als we wereldwijde observaties van natuurbrandrook vergelijken met gesimuleerde natuurbrandrook uit een verzameling klimaatmodellen, de overgrote meerderheid van de modellen heeft rook die meer licht absorbeert dan de waarnemingen, Brown legt uit. "Dit betekent dat er in deze modellen meer energie van de zon naar het opwarmen van de atmosfeer gaat, in tegenstelling tot wat we zien in deze veldcampagnes en laboratoriumstudies, die minder absorberende rook rapporteren die meer een verkoelend effect heeft door licht weg van de aarde en terug naar de ruimte te verstrooien."

Hoe absorberend deze aerosolen in de atmosfeer zijn, hangt af van het type brandstof dat wordt verbrand, evenals het klimaat van het brandgebied. Over het algemeen, heet, droge graslandbranden in Afrika en Australië hebben meestal veel donkerdere rook, dat is meer absorberend, terwijl het koeler is, nattere boreale bosbranden in Noord-Amerika en Noord-Azië hebben meestal veel helderder rook, wat minder absorberend is.

Nadat onderzoekers aerosolverbeteringen aan het model hadden aangebracht, Rook van Afrikaanse bosbranden was nog steeds meer absorberend dan waarnemingen. Dit kan worden verklaard door vereenvoudigingen in hoe aerosolen in de loop van de tijd in het model evolueren, of het kan te wijten zijn aan een gebrek aan observaties uit dit deel van de wereld die de resultaten vertekenen in de richting van het boreale vuurregime, legt Bruin uit.

"We waren in staat om de onenigheid tussen het model en de waarnemingen te herleiden tot hoe de modellen de individuele rookdeeltjes voorstelden, of spuitbussen, in het model, Brown zegt. "Dit kwam neer op hoe het model hun make-up karakteriseerde, hun grootte en de mengsels van verschillende soorten aërosols die biomassa verbranden. Toen we deze variabelen in een van de modellen veranderden, we zagen een aanzienlijke verbetering in de gesimuleerde rook."

Deze vergelijking van computermodellen en wereldwijde waarnemingen is waardevol voor modelontwikkelingsgroepen en kan helpen de onzekerheid in de klimaateffecten van biomassaverbranding van aerosolen in modellen te verminderen, zegt Bruin.