Study of dust aerosol – climate interactions using a regional climate model

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή χρησιμοποιήθηκε το κλιματικό μοντέλο περιοχής RegCM4, για τη μελέτη των διάφορων διεργασιών που αφορούν την ατμοσφαιρική σκόνη και το κλίμα. Το RegCM4 περιλαμβάνει ένα λεπτομερές σχήμα εκπομπής, μεταφοράς και εναπόθεσης της σκόνης. Η αξιολόγηση του μοντέλου πραγματοποιείται με τη χρήση διάφορων δεδομένων παρατήρησης από επίγειους σταθμούς, δορυφορικές μετρήσεις και δεδομένα μοντέλων επ-ανάλυσης (LIVAS, CRU, ERA-interim, CERES, TRMM και CMSAF). Στο πρώτο κεφάλαιο αναλύονται περιγραφικά οι διεργασίες σκόνης που λαμβάνουν μέρος στην ατμόσφαιρα και μια αναλυτική περιγραφή του σχήματος σκόνης που χρησιμοποιεί το RegCM4. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του RegCM4 και δεδομένων παρατηρήσεων και δορυφορικών μετρήσεων. Το τρίτο κεφάλαιο εξετάζει την ευαισθησία του μοντέλου στον αριθμό των ομάδων μεγέθους σκόνης (bin) που χρησιμοποιεί. Η περίοδος αναφοράς είναι μεταξύ 2007 και 2014 και το χωρικό πεδίο ορισμού περιλαμβάνει την Σαχάρα την Μεσόγειο και ένα τμήμα της Ευρώπης. Δύο μέθοδοι διαχωρισμού των ομάδων μεγέθους σκόνης. Η πρώτη προκαθορισμένη μέθοδος του μοντέλου δημιουργεί 4 ομάδες μεγέθους σκόνης, όπου η έκταση κάθε ομάδες ορίζεται ισο-λογαριθμικά χρησιμοποιώντας την διάμετρο των σωματιδίων σκόνης (4bin-isolog). Στην δεύτερη περίπτωση οι ομάδες σκόνης είναι 12 και η έκταση κάθε ομάδας ορίζεται σύμφωνα με την ταχύτητα ξηρής εναπόθεσης των σωματιδίων σκόνης (12bin-isogradient). Η καινούργια μέθοδος διαχωρισμού των ομάδων σκόνης αυξάνει τις συγκεντρώσεις των μεγάλων και μικρών σωματιδίων σκόνης κατά 4% και 3% αντίστοιχα. Επίσης, αυξάνει το οπτικό βάθος της σκόνης κατά 10% πάνω από την Μεσόγειο και την Σαχάρα. Το τέταρτο κεφάλαιο μελετά την μεταφορά σκόνης από την Σαχάρα προς τον Ατλαντικό και την ήπειρο της Αμερικής χρησιμοποιώντας το κλιματικό μοντέλο περιοχής RegCM4 για την περίοδο Δεκέμβριος 2006 με Νοέμβριο 2014. Το μέσο οπτικό βάθος του μοντέλου προσομοιώνεται ικανοποιητικά, με μια μικρή (0.05) υποεκτίμηση/υπερεκτίμηση για το Νότιο και Βόρειο τμήμα του Ατλαντικού ωκεανού αντίστοιχα. Σύμφωνα με το RegCM4 η συνολική εναπόθεση σκόνης για την 8ετή περίοδο εξέτασης είναι 4.3±0.4 Tg•yr-1, 154.5±10.7 Tg•yr-1 και 10.3±0.6 Tg•yr-1 για την λεκάνη του Αμαζονίου, τον Ατλαντικό ωκεανό και την Καραϊβική αντίστοιχα. Η ξηρή εναπόθεση παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στον Ατλαντικό (88.9%) και την Καραϊβική (85.4%), ενώ η υγρή εναπόθεση είναι αρκετά σημαντική στην λεκάνη του Αμαζονίου (67.4%). Η τρίτη ενότητα αποτελεσμάτων εξετάζει την άμεση και ήμι-άμεση επιρροή της σκόνης στην ακτινοβολία πάνω από την Μεσόγειο, την Σαχάρα και την Σαχέλ για την πρώτη (1999-01-01 εώς 2009-11-30) και την τελευταία (2089-01-01 to 2099-11-30) δεκαετία του 21ου αιώνα. Η μελλοντική κλιματική αλλαγή προσομοιώνεται σύμφωνα με το σενάριο εκπομπών θερμοκηπικών αερίων RCP 4.5. Η άμεση επίδραση της σκόνης στην ακτινοβολία είναι ισχυρότερη από την ήμι-άμεση την ψυχρή και την θερμή περίοδο του έτους, αν και κατά την διάρκεια του καλοκαιριού η ήμι-άμεση επιρροή της σκόνης στην μεγάλου μήκους ακτινοβολίας φτάνει το 50% πάνω ορισμένες περιοχές της ερήμου. Στην μελλοντική δεκαετία οι συγκεντρώσεις της σκόνης και η επίδραση της στην ακτινοβολία, την θερμοκρασία και τα νέφη ενισχύεται. Επίσης, η επίδραση της σκόνης στις μελλοντικές κλιματικές προβολές μειώνει την άνοδο της θερμοκρασία λόγω κλιματικής αλλαγής κατά 0.3°C πάνω από την Σαχέλ και την ενισχύει κατά 0.2°C πάνω από την ευρύτερη περιοχή της Σαχάρας.