STORIA DELLA GEOINGEGNERIA: Esperimento sulla nuvola di aerosol emessa nel Pacifico orientale (E-PEACE) 23 febbraio 2011

STORIA DELLA GEOINGEGNERIA:

Esperimento sulla nuvola di aerosol emessa nel Pacifico orientale (E-PEACE)

23 febbraio 2011

Geoengineering • Marine Cloud Brightening • Geoengineering Field Experiment • Solar Radiation Management

E-PEACE, un esperimento che, pur non identificandosi come SRM, ha comportato chiare implicazioni per la tecnologia di illuminazione delle nuvole marine (MCB) post hoc.

    E-PEACE ha combinato una campagna aeronautica mirata al largo delle coste di Monterey a luglio e agosto 2011 con osservazioni su navi e satelliti incorporati (Fig. 2) e studi di modellizzazione. Le condizioni atmosferiche nel nord-est del Pacifico durante il mese di luglio sono ideali per la formazione di strati omogenei di nuvole di stratocumuli persistenti. Gli strati osservati hanno caratteristiche diurne coerenti, spessori delle nuvole di 100–300 me altezze delle nuvole in genere inferiori a 500 m. La suscettibilità della nuvola di albedo alle perturbazioni di particelle è ben documentata per il Pacifico orientale vicino a 3 ° N (Coakley et al. 1987, 2000; Platnick et al. 2000).

    Abbiamo impiegato la nave da ricerca (R/V) Point Sur per misurare l'aerosol sotto la nuvola e come piattaforma per emissioni di fumo ben caratterizzate per produrre una firma nuvola identificabile in modo univoco. Il velivolo Twin Otter del Center for Interdisciplinary Remote-Piloted Aircraft Studies (CIRPAS) è stato utilizzato con un carico utile completo di strumenti (Tabella 3) per misurare il numero, la massa e la composizione di goccioline di particelle e nuvole, massa e composizione. E-PEACE combinato 1) rilascio controllato di fumo dal ponte di Point Sur, aerosol di sale dalla Twin Otter e scarico da navi portacontainer che transitano attraverso la regione di studio; 2) piani di volo progettati per studiare i risultati delle simulazioni a grandi vortici (LES) e fornire vincoli per studi di modellizzazione di pacchi aerosol-cloud (ACP), per testare la nostra capacità di prevedere quantitativamente la risposta dinamica del cloud ad aumenti delle concentrazioni di particelle nel naturale atmosfera; e 3) analisi satellitari dello stratocumulo marino per limitare le proprietà radiative dei sistemi di nuvole naturali, perturbati e regionali.

    Con 12 giorni di tempo di spedizione sulla R/V Point Sur e 30 voli (ciascuno lungo circa 4,5 ore) sulla CIRTA Twin Otter (tabelle 4 e 5), abbiamo potuto sfruttare appieno la persistenza delle nuvole di stratocumulo per sondare l'effetto delle fonti di particelle sulle proprietà dello stratocumulo marino. Poiché le particelle verrebbero emesse in alte concentrazioni su piccole aree in direzione del vento, i loro effetti sulle nuvole potrebbero essere separati da quelli della meteorologia. E in termini di concentrazione numerica e durata, gli impatti di queste emissioni di particelle sarebbero abbastanza grandi da essere distinti dalla variabilità delle nuvole naturali.

    Come notato sopra, tre tipi di particelle sono state coinvolte in E-PEACE:

1.  particelle di scarico della combustione provenienti da navi mercantili di opportunità, che sono le emissioni responsabili delle tracce delle navi; 
2.  particelle generate dal fumo a bordo della nave; e 
3.  particelle di sale macinate basate su aeromobili (Fig. 3).

    Il tipo 1 è lo scarico costituito da particelle di diametro secco di 50–100 nm emesse a velocità di 1016-1018 s-1 dai motori di navi mercantili di grandi dimensioni (2.000 tonnellate), in questo caso su trans-Pacifico, da Los Angeles a San Francisco o altre rotte commerciali. Tali emissioni furono responsabili delle prime tracce delle navi osservate (Conover 1969). Con un costo del carburante di circa $ 100.000 (dollari USA) al giorno, le operazioni di tali navi dedicate esclusivamente alla ricerca non sono possibili. Tuttavia, il monitoraggio in tempo reale delle navi commerciali (www.marinetraffic.com) è stato utilizzato per identificare navi mercantili o da carico in rapido movimento (> 30 km h – 1) nella regione all'interno dell'area operativa dell'aeromobile (come illustrato nella figura 4 ).

    Il tipo 2 coinvolge particelle di fumo prodotte a una velocità stimata di 1011–1013 s-1 sul ponte di poppa dell'R/V Point Sur (descritto in "Particelle su misura con un generatore di fumo sul campo di battaglia"), con diametri asciutti che variavano da 50 nm fino a 1 μm e igroscopicità molto bassa.

    Le particelle di tipo 3 sono state disperse dal velivolo Twin Otter nel cloud. Una coclea regolabile alimentava un letto fluidizzato che erogava particelle di NaCl, che erano state macinate a diametri di 3-5 mm e miscelate con SiO2 per impedire alle particelle di aderire (Drofa et al. 2010).

    FIGURA 1: Fotografie del punto Sur R/V dalla lontra gemella CIRPAS, che mostra (a) la persistenza del pennacchio di fumo dalla nave nell'atmosfera e alcuni degli strumenti dell'aeromobile per misurare particelle e nuvole, (b) il produzione di fumo, uno dei due generatori di fumo utilizzati per produrre fumo, (d) il funzionamento dei generatori di fumo a poppa della R/V Point Sur, e (e) la strumentazione aerosol a prua della R/V Point Sur.

    FIGURA 2: Illustrazione del progetto E-PEACE e osservazioni delle particelle emesse nello stratocumulo marino a luglio e agosto 2011 a ovest della California centrale. Il diagramma mostra le tre piattaforme utilizzate per fare osservazioni sulle proprietà chimiche e fisiche delle particelle e delle nuvole, vale a dire R/V Point Sur, CIRPAS Twin Otter, i satelliti A-Train e GOES. Il design includeva l'uso di fumo generato a bordo del R/V Point Sur che è stato misurato dopo l'emissione dal CIRPAS Twin Otte

FIGURA 2: Illustrazione del progetto E-PEACE e osservazioni delle particelle emesse nello stratocumulo marino a luglio e agosto 2011 a ovest della California centrale. Il diagramma mostra le tre piattaforme utilizzate per fare osservazioni sulle proprietà chimiche e fisiche delle particelle e delle nuvole, vale a dire R/V Point Sur, CIRPAS Twin Otter, i satelliti A-Train e GOES. Il design includeva l'uso di fumo generato a bordo del R/V Point Sur che è stato misurato dopo l'emissione dal CIRPAS Twin Otter in nuvole. Il satellite è stato utilizzato per misurare i cambiamenti di riflettanza della luce solare dovuti agli effetti delle particelle emesse sulle nuvole. Il CVI è stato utilizzato come ingresso per l'evaporazione delle goccioline mentre venivano introdotte nell'aeromobile, consentendo il campionamento della composizione chimica delle goccioline.

Riferimenti

• Russell, Lynn M., et al. "Eastern Pacific emitted aerosol cloud experiment." Bulletin of the American Meteorological Society 94.5 (2013): 709-729.
• Russell, Lynn M. "Offsetting climate change by engineering air pollution to brighten clouds." Bridge 42.4 (2012): 10-15.
• Russell, Lynn M., et al. "E-PEACE Eastern Pacific Emitted Aerosol Cloud Experiment." SCRIPPS Institution of Oceanography (2011)

Figura: il percorso della nave pianificato per una velocità della nave di 12 m s-1 è mostrato sul primo strato (inferiore) della griglia orizzontale. Il secondo strato (centrale) mostra la distribuzione spaziale risultante di CN in uno strato limite profondo 300 m (basato sul nostro semplice modello di dispersione del soffio gaussiano e velocità del vento trasversale di 5 m s-1 con regione blu che indica <250 cm-3 e rosso regione che indica> 1000 cm-3). Il terzo strato (in alto) mostra le modifiche associate nella relativa CDN dedotte dalla frazione di CN emessa dalla nave che si stima siano CCN (con la regione grigia che indica <100 cm-3 e la regione bianca che indica> 500 cm-3). Sovrastante i contorni CDN del terzo (superiore) strato sono i voli Twin Otter pianificati per il campionamento nel cloud, incluso il tempo comparabile in pista e le concentrazioni di fondo. Le emissioni modellate della nave di 1016 s-1 sono nella parte bassa delle osservazioni precedenti [Hobbs et al., 2000; Frick and Hoppel, 2000].

Figura. 2. Illustrazione del progetto E-PEACE e osservazioni delle particelle emesse nello stratocumulo marino a luglio e agosto 2011 a ovest della California centrale. Il diagramma mostra le tre piattaforme utilizzate per fare osservazioni sulle proprietà chimiche e fisiche delle particelle e delle nuvole, vale a dire R/V Point Sur, CIRPAS Twin Otter, i satelliti A-Train e GOES. Il design includeva l'uso di fumo generato a bordo del R/V Point Sur che è stato misurato dopo l'emissione dal CIRPAS Twin Otter in nuvole. Il satellite è stato utilizzato per misurare i cambiamenti di riflettanza della luce solare dovuti agli effetti delle particelle emesse sulle nuvole. Il CVI è stato utilizzato come ingresso per l'evaporazione delle goccioline mentre venivano introdotte nell'aeromobile, consentendo il campionamento della composizione chimica delle goccioline.

Figura. SB1. Fotografie dell'R/V Point Sur della lontra gemella CIRPAS, che mostrano (a) la persistenza del pennacchio di fumo della nave nell'atmosfera e alcuni strumenti dell'aeromobile per misurare particelle e nuvole, (b) la produzione di fumo , (c) uno dei due generatori di fumo utilizzati per produrre fumo, (d) il funzionamento dei generatori di fumo a poppa dell'R/V Point Sur, e (e) la strumentazione aerosol a prua dell'R/V Point Sur.

Figura. 5. Nuvola di tracce da navi mercantili e fumo prodotto sul R/V Point Sur. L'immagine più grande mostra un composito di immagini satellitari Aqua e Terra a risoluzione moderata con spettroradiometro (MODIS) nel canale da 2,2 μm. Il cavalcavia Terra (sezione sud-occidentale dell'immagine composita) si è verificato a 1250 LT e il cavalcavia Aqua si è verificato a 1430 LT 16 luglio 2011. L'immagine dell'inserto più piccola in alto a destra mostra un ingrandimento della canna fumaria dalla regione indicata. Le linee colorate indicano l'ora in cui si trovava R/V Point Sur nella posizione, indicata dalla barra dei colori (linea sottile) e dalla posizione stimata delle particelle emesse al momento della barra dei colori (linea spessa) al momento della il cavalcavia satellitare (1430 LT). La posizione delle particelle emesse è stata stimata utilizzando il tempo tra l'emissione e il cavalcavia del satellite, scalato dalla velocità e dalla direzione del vento media nello strato limite.

Fonte

• WMH