Research project

Projekt promotorski Marcina Witka.

Do symulacji numerycznych aerozolu soli morskiej wykorzystano zmodyfikowaną wersję globalnego modelu transportu Navy Aerosol Analysis and Prediction System (NAAPS). Wyniki symulacji zweryfikowane zostały przez porównanie z obserwacjami na otwartym oceanie, wykonanymi przez laboratorium PMEL. Otrzymano dobrą zgodność symulacji numerycznych z wartościami zmierzonymi. Współczynniki korelacji dla poszczególnych eksperymentów wahają się pomiędzy 0.55 a 0.84. Dla wszystkich 359 punktów porównawczych korelacja wyniosła 0.76, natomiast po wyeliminowaniu 106 przypadków w trakcie których obserwowano opad deszczu, współczynnik korelacji wzrósł do 0.87. Innymi źródłami niezgodności, na jakie wskazała analiza, są poprawność formy funkcji emisji w reżimie dużych prędkości wiatru, brak progowej wartości prędkości wiatru dla której rozpoczyna się produkcja aerozolu, oraz zastosowanie uproszczonej, niezależną od wielkości cząstek, parametryzacji prędkości suchej depozycji.

W pracy zaproponowano nową parametryzację emisji soli morskiej do atmosfery, która oparta jest na prędkość wiatru przy powierzchni oceanu podniesiona do kwadratu (), oraz prędkości orbitalna fal, zdefiniowanej jako , gdzie  jest wysokością fali znacznej i  okresem fali w piku widma. Nowa funkcja emisji została zastosowana w modelu NAAPS wraz z danymi z globalnego modelu falowania oceanów Wave Watch III. Wyniki symulacji zostały porównane z danych obserwacyjnymi z pięciu kampanii pomiarowych laboratorium PMEL. Zaobserwowano istnienie silnej zależności w przebiegu  i mierzonej koncentracji soli morskiej. Symulacje numeryczne z zastosowaniem nowej parametryzacji wykazują większą zgodność z wartościami mierzonymi, niż symulacje z zastosowaniem funkcji emisji zależnej jedynie od prędkości wiatru.

Kolejnym zagadnieniem poruszonym w pracy jest wpływ podziału na klasy wielkości modelowanego aerozolu na wyniki symulacji numerycznych. Wyniki modelu NAAPS wskazują na około 20% deficyt masy oraz 35% niedoszacowanie AOT w przypadku użycia dwu klas wielkości, w odniesieniu do symulacji z rozdzielczością 15 przedziałów. W pracy użyto izo-gradientowy algorytm podziału na przedziały wielkości, zależny od rozkładu prędkości suchego osiadania w funkcji wielkości cząstek. Rezultaty symulacji pokazują, że nowy algorytm przewyższa dokładnością schemat izo-logarytmiczny, który jest powszechnie stosowany w modelach transportu.

Wieloklasowa reprezentacja aerozolu soli morskiej w modelu transportu NAAPS umożliwiła wyznaczenie globalnego wymuszania aerozolowego na szczycie atmosfery. Przeprowadzona symulacja dla roku 2004 wskazuje na istnienie ujemnego (-1.2Wm2) wpływu aerozolu soli morskiej na bilans radiacyjny Ziemi. Odpowiada to średniej wartości grubości optycznej wynoszącej 0.043 oraz parametrowi asymetrii 0.767. Studia nad wymuszaniem aerozolowym potwierdziły również zasugerowany uprzednio wpływ liczby przedziałów wielkości aerozolu na wymuszanie radiacyjne. Różnice sięgające 33% dowodzą, iż kwestie podziału na klasy są istotnym źródłem niepewności w modelowaniu klimatu i aerozolu atmosferycznego.