Bewertung der globalen Auswirkungen von Aerosolen auf troposphärische Oxidantien

Hier präsentieren wir ein vollständig gekoppeltes globales Aerosol- und chemisches Modell für die Troposphäre. Das Modell wird verwendet, um die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und chemischen Oxidantien in der Troposphäre zu bewerten, einschließlich (1) der Umwandlung von gasförmigen Oxidantien in die kondensierte Phase während der Bildung von Aerosolen, (2) der heterogenen Reaktionen, die an der Oberfläche von Aerosolen auftreten, und (3) der Auswirkungen von Aerosolen auf ultraviolette Strahlung und Photolyseraten. Die vorliegende Studie nutzt das globale dreidimensionale chemische/Transportmodell, Modell für Ozon und verwandte chemische Tracer, Version 2 (MOZART-2), in dem Aerosole mit dem Modell gekoppelt sind. Das Modell berücksichtigt die Anwesenheit von Sulfat, Ruß, primärem organischem Kohlenstoff, Ammoniumnitrat, sekundärem organischem Kohlenstoff, Meersalz und mineralischen Staubpartikeln. Die simulierten globalen Verteilungen der Aerosole werden unter Verwendung von Satellitenmessungen (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)) und Oberflächenmessungen analysiert und ausgewertet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass in nördlichen Kontinentalregionen die troposphärische Aerosolbelastung in Europa, Nordamerika und Ostasien am höchsten ist. Sulfat, organischer Kohlenstoff, schwarzer Kohlenstoff und Ammoniumnitrat sind die wesentlichen Beiträge zur hohen Aerosolbelastung in diesen Regionen. Auch im Amazonasgebiet und in Afrika ist die Aerosolbelastung hoch. In diesen Gebieten bestehen die Aerosole hauptsächlich aus organischem Kohlenstoff und schwarzem Kohlenstoff. Über dem südlichen hochbreitengradlichen Ozean (rund 60°S) werden hohe Konzentrationen von Meersalz-Aerosolen vorhergesagt. Die Konzentration von mineralischem Staub ist über der Sahara am höchsten und breitet sich infolge des Transports in angrenzende Regionen aus. Das Modell und MODIS zeigen ähnliche geografische Verteilungen von Aerosolpartikeln. Das Modell schätzt jedoch das Sulfat und die carbonhaltigen Aerosole in den östlichen Vereinigten Staaten, Europa und Ostasien zu hoch ein. In der Region, in der die Aerosolbelastung hoch ist, haben Aerosole wichtige Auswirkungen auf troposphärisches Ozon und andere Oxidantien. Das Modell legt nahe, dass heterogene Reaktionen von HO 2 und CH 2 O auf Sulfat einen wichtigen Einfluss auf HO x (OH + HO 2 )-Konzentrationen haben, während die heterogene Reaktion von O 3 auf Ruß einen geringeren Einfluss auf O 3-Konzentrationen in der unteren Troposphäre hat. Die heterogenen Reaktionen auf Staub haben sehr wichtige Auswirkungen auf HO x und O 3 in der Region der Staubmobilisierung, wo die Reduzierung der HO x und O 3-Konzentrationen maximal 30 % bzw. 20 % erreichen kann, über der Sahara. Staub, organischer Kohlenstoff, schwarzer Kohlenstoff und Sulfat-Aerosole haben wichtige Auswirkungen auf die Photolysraten. Zum Beispiel werden die Photodissociationsfrequenzen von Ozon und Stickstoffdioxid an der Oberfläche in der Sahara, im Amazonas und in Ostasien um 20 % reduziert, was zu einer Reduzierung der HO x-Konzentration um 5–20 % und zu einer Änderung des O 3-Gehalts um einige Prozent in diesen Regionen führt.