MATRIX (Rastreador de Estado de Mistura de Aerossóis Multiconfiguração): um módulo microfísico de aerossóis para modelos atmosféricos globais

Resumo. Um novo módulo microfísico de aerossóis MATRIX, o Rastreador de Estado de Mistura de Aerossóis Multiconfiguração, e sua aplicação no modelo climático do Goddard Institute for Space Studies (GISS) (ModelE) são descritos. Este módulo, que é baseado no método das quadraturas de momentos (QMOM), representa nucleação, condensação, coagulação, mistura interna e externa, e ativação de gotas de nuvem, e fornece informações sobre a massa e a concentração numérica das partículas de aerossóis e o tamanho das partículas para até 16 populações de aerossóis em modo misto. A mistura interna e externa entre os componentes de aerossóis sulfato, nitrato, amônio, aerossóis carbonáceos, partículas de poeira e sal marítimo são representadas. A solubilidade de cada população de aerossóis, que é calculada explicitamente com base em seus componentes solúveis e insolúveis, permite o cálculo da dependência da ativação de gotas de nuvem na caracterização microfísica de múltiplas populações de aerossóis solúveis. Uma descrição detalhada do modelo e resultados de simulações de modelos de caixa de várias configurações de populações de aerossóis são apresentados. Os experimentos do modelo de caixa demonstram a dependência da concentração numérica de aerossóis ativadores de nuvem na configuração da população de aerossóis; as comparações com modelos seccionais são bastante favoráveis. O MATRIX é incorporado ao modelo climático do GISS e simulações são realizadas principalmente para avaliar seu desempenho/eficiência para aplicação em modelos atmosféricos em escala global. Os resultados das simulações foram comparados com medições de aeronaves e estações de massa de aerossóis e concentração numérica e tamanho das partículas para avaliar a capacidade do novo método de fornecer dados adequados para tal comparação. O modelo captura com precisão as distribuições de tamanho observadas nos modos Aitken e de acumulação até um diâmetro de partícula de 1 μm, nas quais sulfato, nitrato, carbono negro e orgânico estão predominantemente localizados; no entanto, o modelo subestima a concentração e o tamanho das partículas em modo grosseiro, especialmente no ambiente marinho. Isso é mais provável devido a simplificações excessivas da representação das emissões de sal marinho – as emissões de sal marinho são calculadas apenas para duas classes de tamanho – do que a limitações inerentes do MATRIX.