GREAT - Drivhusgasser, aerosoler og påvirkning på turbulens i nedre atmosfære

Økende konsentrasjoner av CO₂ og andre drivhusgasser i atmosfæren fører til høyere temperatur nær jordas overflate. Når mengden drivhusgasser og partikler (f.eks. sot) øker, har det mange konsekvenser for klimaet på jorden. Vi vet spesielt lite om hvordan ulike drivhusgasser og partikler påvirker turbulens nær jordas overflate. Hovedmålet med GREAT-prosjektet er å betraktelig øke kunnskapen på dette området.

Turbulens er et høyst samfunnsrelevant tema med forbindelser til menneskers helse, fysiske skader på infrastruktur og karbonsyklusen.

Sotpartikler i atmosfæren er kjent som en luftforurensning som er skadelig for mennesker, men de gir også et betydelig bidrag til klimaendringer. Nye observasjoner viser at sotpartikler kan redusere turbulensen i nedre del av atmosfæren, noe som kan ha betydning for hvordan skyer dannes, og for bakkenær luftforurensning og dermed menneskers helse.

Globale klimamodeller er forskernes viktigste verktøy for å forstå og framskrive luftkvalitet og klimaendringer. Klarer disse modellene å representere virkelige prosesser knyttet til turbulens godt nok? Vil økte konsentrasjoner av sulfatpartikler og CO₂ ha en lignende påvirkning på turbulens som det sotpartiklene har? GREAT undersøker disse spørsmålene ved hjelp av observasjoner av høy kvalitet i kombinasjon med atmosfærisk modellering fra global skala og helt ned til mikroskala.

Resultater fra globale klimamodeller viser at sotpartikler har sterk påvirkning på stabiliteten i den nedre delen av atmosfæren (Myhre et al., 2018, Nat. Comm.), og dette kan være en viktig indikator for turbulensendringer. I motsetning til andre klimadrivere (f.eks. CO₂), fører sotpartiklene til at den nedre delen av atmosfæren blir mer stabil, og dette fører igjen til en reduksjon i følbar varmefluks. Følbar varme er transport av varme fra bakken til atmosfæren (uten faseendring) og er en av de mest usikre faktorene i det globale energibudsjettet. Modellresultater viser også at sotpartikler fører til en generell reduksjon i vindstyrke nær bakken, noe som er i tråd med observasjonene som viser at sot fører til mindre turbulens i den nedre delen av atmosfæren.

Effekten av økte CO₂-konsentrasjoner i atmosfæren har blitt studert med den regionale modellen Weather Research and Forecasting (WRF) med ulik horisontal oppløsning (50 km og 10 km). Resultatene viser at for viktige indikatorer for turbulens (f.eks. vertikalhastighet og grenselagshøyde) kan endringene som følge av CO₂-økning være svært avhengige av modelloppløsning (Hodnebrog et al., 2021, Clim. Dyn.). I områder med mye konveksjon, som i stor grad styrer grenselagshøyden og påvirker turbulens, viser resultatene forskjellig fortegn i 50 og 10 km oppløsning. Dette skyldes at konveksjonen blir bedre representert i modellen ved høy oppløsning og disse funnene indikerer at globale klimamodeller, og selv regionale modeller med grov oppløsning (~50 km), ikke representerer effekten av klimaendringer på turbulens godt nok.

Numeriske modelleksperimenter med den globale modellen Community Earth System Model (CESM) viser tydelige forskjeller i hvordan ulike klimadrivere påvirker stabilitet og turbulens i nedre del av atmosfæren (Stjern et al., in prep.). Områder med mye partikkelforurensning blir undersøkt i mer detalj ved bruk av modellene WRF og WRF-Chem.