συγκεντρώσεις CHOCHO (---20 Τg y{ι) κυρίως πάνω από τις τροπικές ωκεάνιες περιοχές.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "συγκεντρώσεις CHOCHO (---20 Τg y{ι) κυρίως πάνω από τις τροπικές ωκεάνιες περιοχές."

Αθάμας Σπυρόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Περίληψη Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην αποτίμηση τον ρόλου των αερολυμάτων στα ενεργειακό ισοζύγιο και τη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων και τρισδιάστατων ατμοσφαιρικών μοντέλων χημείας μεταφοράς και ενεργειακού ισοζυγίου. Μελετήθηκε η παγκόσμια κατανομή των αερολυμάτων, τα οποία προσφέρουν τις κατάλληλες επιφάνειες για την πραγματοποίηση ετερογενών διεργασιών. Έμφαση δόθηκε στην οργανική συνιστώσα που αποτελεί σημαντικό μέρος των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων. Έχοντας ως στόχο την αναλυτική περιγραφή της χωρικής και χρονικής κατανομής της αέριας και της σωματιδιακής φάσης στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιήθηκε και επεκτάθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής το τρισδιάστατο μοντέλο χημείας και μεταφοράς παγκόσμιας κλίμακας ΤΜ4-ECPL_ Έμφαση δόθηκε στην παγκόσμια κατανομή της γλυαξάλης (CHOCHO) με στόχο την λεπτομερέστερη μελέτη της χημικής παραγωγής. Με βάση το βελτιωμένο αναλυτικό χημικό κώδικα και τα κατάλληλα νποπρογραμμάτα που αναπτύχθηκαν και συζεύχθηκαν με το μοντέλο αέριας φάσης στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, τα ΤΜ4 έχει τη δυνατότητα πλέον να πρασομοιώνει τα αερολύματα τόσο ανόργανης σύστασης (θειικά (SO4~), αμμωνιακά (ΝΗ4+) και νιτρικά (Ν03)) όσο και οργανικής (άμεσες εκπομπές ΡΟΑ από τους ωκεανούς, χημική παραγωγή λόγω οξείδωσης βιογενών και ανθμωπογενών οργανικών πτητικών ενώσεων (VOC)). Η CHOCHO είναι ένωση που μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την οξείδωση των VOC και την παραγωγή δευτερογενών οργανικών αερολυμάτων (SOA) στην ατμόσφαιρα. Η χημική παραγωγή της CHOCHO υπολογίστηκε στα 56 Τg yr1, }ε 70% να προέρχεται από βιογενείς υδρογονάνθρακες, 17% από την οξείδωση ταυ ακετυλενίου, 11% από την οξείδωση αρωματικών υδρογονανθράκων και 2% από την οξείδωση ταν αιθενίον και τον προπενίου. Η CHOCHO απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω φωτοδιάσπασης (63%ο) και μέσω οξείδωσης από ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ) αλλά και λόγω υγρής (8%) και ξηρής (6%) απομάκρυνσης. Η μέση ετήσια συγκέντρωση της CHOCHO υπολογίζεται στα 0.02 Τg και ο χρόνος ζωής στις 3h. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίθηκαν με τις μετρήσεις του δορυφορικού αισθητήρα SCIAMACHY υποδεικνύοντας ότι το μοντέλο υποεκτιμά τις

2 συγκεντρώσεις CHOCHO (---20 Τg y{ι) κυρίως πάνω από τις τροπικές ωκεάνιες περιοχές. Στην παρούσα εργασία έγινε επίσης προσπάθεια υπολογισμού της χημικής παραγωγή των SΟΑ μέσω της χημείας συννέφων. H γλυοξάλη, η γλυκολαλδεϋδη και η μεθυλογλυοξάλη κατανέμονται στην υγρή φάση των συννέφων μέσω τον νόμου του Henry και οξειδώνονται παράγοντας οξαλικό οξύ. Το παραγόμενο οξαλικό οξύ μετά την εξάτμιση των συννέφων παραμένει στη σωματιδιακή φάση αυξάνοντας την ποσότητα της μάζας των SOA στην ατμόσφαιρα. Το μοντέλο υπολογίζει την παραγωγή SOA μέσω της χημείας συννέφων στα 32 Τg yr"ι, το μέσο ετήσιο παγκόσμιο ατμοσφαιρικό φορτίο στα 0.5 Τg και το μέσα χρόνο ζωής στις 5 ημέρες. Μελετήθηκαν επίσης οι συγκεντρώσεις των οργανικών αερολυμάτων (ΟΑ) της περιοχής συσσώρευσης θαλάσσιας προέλευσης. Οι μέσες ετήσιες εκπομπές πρωτογενών ΟΑ από την επιφάνεια της θάλασσας υπολογίζονται από το μοντέλο στα 7 8 Τg yr ι. H παραγωγή SOA προέρχεται από την οξείδωση των Θαλασσίων VOC όπως το διμεθυλοσουλφίδιο (DMS), το ισοπρένιο, τα μονοτερπένια και των μεγάλης αβεβαιότητας βιογενών Θαλάσσιων αλάτων των αμινών. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του μοντέλου, τα SOA θαλάσσιας προέλευσης υπολογίζονται στα 5.4 Tg yr ι, όπου το 75% προέρχεται από την οξείδωση του DMS και το 24% από την οξείδωση των αμινών Θαλάσσιας προέλευσης. Τα SOA που παράγονται από την οξείδωση του ισοπρευίου και των μονοτερπευίων Θαλάσσιας προέλευσης υπολογίζονται σε 0.1 Τg γιι. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη των επιπτώσεων των ετερογενών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στις επιφάνειες των σωματιδίων καθώς και στη διαταραχή τον ενεργειακού ισοζυγίου. Όταν το μοντέλο λαμβάνει υπόψη του την επίδραση των ετερογενών αντιδράσεων στις επιφάνειες των αερολυμάτων παρατηρείται μείωση στις μέσες συγκεντρώσεις του Ο3 κατά 4.3% ενώ σε έντονα αστικοποιημένες περιοχές η μείωση φθάνει τοπικά μέχρι τα 10%. Αντίστοιχα; υπολογίζεται μείωση στις μέσες συγκεντρώσεις των SO4 της τάξης του 4.5%. Αντιθέτως, το μοντέλο υπολογίζει αύξηση της συνεισφοράς για τα Ν03, τα αμμωνιακά Ν1{4± καθώς και τα SOA κατά 13%, 0.6% και 1% αντίστοιχα. Η ίδια τάση υπολογίζεται και κατά τη μελέτη της επίπτωσης των ετερογενών αντιδράσεων στην ενεργειακή διαταραχή της ατμόσφαιρας.

3 λεξεις Κλειδιά: τρισδιάστατο μοντέλο χημείας και μεταφοράς παγκόσμιας κλίμακας, ΤΜ4, ετερογενείς αντιδράσεις, ατμοσφαιρικά αερολύματα, γλυοξάλη, οξαλικό οξύ

4 Abstract The present work aims to the study of the impact of heterogeneous reactions oii tropospheric ozone, fate of aerosols and energy balance of the atmosphere by rising global 3-d simulations and ground and satellite based observations. The study examines the global distribution of atmospheric particles, focusing on the organic part, which can offer the appropriate surfaces for heterogeneous reactions. The 3 -dimensional chemistry/transport model ΤΜ4-ECPL was used acid further developed, in order to take into account a detailed chemical mechanism. Focusing on the detailed study of the secondary organic aerosol (SOA) formation, glyoxal (CHOCHO) is an indicator iiioleciile of the oxidation of numerous volatile organic compounds (VOC) in the atiiiosphere. According to the improvements of the chemical mechanism but also the coupling of other aerosol modules, ΤΜ4-ECPL is able to calculate the formation of inorganic and organic fraction of atmospheric aerosol. CHOCHO is a molecule which can provide information on the oxidation of nmneroiis VOC but also on the production of SOA in the atmosphere. The chemical production of CHOCHO is calculated equal to about 56 Tg yτ-' with 70% being produced from biogenic hydrocarbons oxidation, 17% from acetylene, 11% from aromatic chemistry and 2% from ethene and propene. CHOCHO is destroyed in the troposphere primarily by reaction with hydroxyl (ΟΗ) radicals (23%) and by photolysis (63%), but it is also removed from the atmosphere through wet (8%) and dry deposition (6%). The global annual mean CHOCHO burden and lifetime in the model domain are estimated to be 0.02 Tg (equal to the global burden seen by SCIAMACHY over land for the year 2005) and about 3 h, respectively. The model results are compared with satellite observations of CHOCHO columnns. When accounting only for the secondary sources of CHOCHO iii the model, the model iiiiderestimates CHOCHO cohirnms observed by satellites. This is attributed to an overestimate of CHOCHO sinks or a missing global source of about 20 Tg yr. The present study also evaluated the chemical production of SOA via cloud chemistry. Glyoxal, glycolaldehyde and methylglyoxal are dissolved in the clouds' liquid phase producing oxalate. After cloud evaporation, the oxalate remains in the

5 particulate phase increasing the atmospheric ΟA burden. The model calculates the chemical production of oxalates through cloud processing equal to 32 Tg yr1 with the global annual mean oxalate burden and lifetime in the model domain estimated to be 0.5 Tg and about 5 days, respectively. The global ΟA budget in the marine environment was also evaluated considering a recently proposed parameterization of the primary organic aerosol (POA) associated with the sea-salt aerosol and SOA fonnation from the oxidation of marine volatile organic compounds like dimethylsulfide (DMS), isoprene, monoterpenes and tentatively by biogenic marine amine sulphate salts. Mean arnnual emissions of ΟA from the surface of sea are calculated to be in the range of 7-8 Tg yr1. According to our calculations, the marine SOA production are evaluated at about 5.4 Tg SOA yr 4 that originate by -75% from the DMS oxidation to methanesulfοιιate (MS), and by about 24% from the potentially formed dialkyl amine salts. Marine isoprene and monoterpenes oxidation produce altogether less than 0.1 Tg SOA The impact of heterogeneous reactions on the atmospheric composition (gas and particulate phase) as well as on the radiative forcing was also investigated. When, ΤΜ4-ΕCΡL model takes into account the effect of heterogeneous reactions on aerosol surfaces, a reduction of global anmial 03 budget at 4.3% is calculated. At high populated regions the reduction reaches locally up to the 10%. Respectively, it is calculated a reduction in global aiunual SO4 burden, reaching up to 4.5%. On the contrary, the model calculates increase of global annual burden for Ν03, ΝΗ4+ and SOA aerosol components up to 13%, 0.6% and 1% respectively. These changes also reflect when focusing on the energy balance. Keywords: 3D chemical - tramisport model, ΤM4, heterogeneous reactions, aerosols, glyoxal, oxalic acid

Σχετικά έγγραφα

Πτυχιακή διατριβή. Η επίδραση της τασιενεργής ουσίας Ακεταλδεΰδης στη δημιουργία πυρήνων συμπύκνωσης νεφών (CCN) στην ατμόσφαιρα

Πτυχιακή διατριβή. Η επίδραση της τασιενεργής ουσίας Ακεταλδεΰδης στη δημιουργία πυρήνων συμπύκνωσης νεφών (CCN) στην ατμόσφαιρα ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Πτυχιακή διατριβή Η επίδραση της τασιενεργής ουσίας Ακεταλδεΰδης στη δημιουργία πυρήνων συμπύκνωσης νεφών (CCN)