Wie das Aufquellen von Aerosolen die Atmosphäre über Afrika verdunkelt

Südwestafrika (SWA) ist stark von der Luftverschmutzung (Aerosole und Spurengase) aus lokalen Quellen, aber auch von Ferntransporten betroffen. Hohe relative Feuchten in der Monsunschicht verändern die Aerosoleigenschaften, was zu bemerkenswerten Veränderungen der optischen Dicke des Aerosols führt.

Mit dem regionalen Modellsystem COSMO-ART wurde der Einfluss der hohen Aerosolbelastung auf Wolken und atmosphärische Dynamik in SWA analysiert. Die Aerosolauswirkungen auf die Strahlung wurden quantifiziert. Diese Forschung wurde im Rahmen von DACCIWA durchgeführt.

“Am Anfang waren wir erstaunt über die modellierten optischen Aerosoltiefen bis zu 10 und mehr”, sagt Konrad Deetz, der die Arbeit im Rahmen seiner Doktorarbeit durchführte. “Die weitere Datenanalyse ergab, dass der AOD-Anstieg mit der Wasseraufnahme der Aerosole zusammenhängt.”

Abb. 1: Analyse des Aerosol-Flüssigwassergehalts (ALWC) in 500 m Höhe über Land am 3. Juli 2016, 6 UTC. a) Karte des gesamten ALWC (dargestellt in den Ländern Elfenbeinküste, Ghana, Togo und Benin von West nach Ost) und b) Kreisdiagramm des Beitrags der ALWC aus den einzelnen Aerosolmodi (%) zur Gesamt - ALWC in (ein). AIT / S - Aitken-Modus, ACC / S - Akkumulationsmodus, CSEASA / B / C - Meersalz.

Je höher die relative Luftfeuchtigkeit ist, desto mehr Wasser kann vom Aerosol absorbiert werden. Man kann sich die Frage stellen, ob es sich um Wolkentröpfchen mit einem Aerosolkern oder um Aerosolpartikel mit einer Wasserhülle handelt. Obwohl ein mittlerer Aerosolwachstumsfaktor von Meersalz bis zu 5 modelliert wird, haben die Partikel immer noch einen Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer, was signifikant kleiner ist als ein typisches Wolkentröpfchen (10 Mikrometer).

“In meiner Doktorarbeit habe ich den Aerosoleinfluss auf die atmosphärische Dynamik über SWA im Detail analysiert. Der Aspekt des Inhalts des Aerosol-Flüssigwasser-Inhalts könnte jedoch nur als ein Nebenproblem behandelt werden. Jetzt ist es an der Zeit, diese offene Frage in den Mittelpunkt zukünftiger Forschungen zu stellen”, sagt Konrad Deetz.

Um den Einfluss des ALWC auf den Strahlungstransport zu untersuchen, wurde eine Sensitivitätsstudie mit einer Referenzsimulation und einer zusätzlichen Simulation durchgeführt, die den ALWC in den Strahlungstransferberechnungen vernachlässigt. Erste Ergebnisse zeigen einen mittleren Anstieg der kurzwelligen Abwärtsstrahlung an der Oberfläche von etwa 40 W m-2 über die Elfenbeinküste hinweg, wenn die ALWC vernachlässigt wird. Es wird erwartet, dass die Auswirkungen in den windabgewandten Gebieten der großen Küstenstädte viel stärker sind. Eine Veröffentlichung zu diesem Thema wurde kürzlich eingereicht.

[Arbeitsgruppe: Spurenstoffmodellierung und Klimaprozesse]