Optical properties of atmospheric aerosols using filter-based absorption photometers

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-7091-05-0
Title: Optical properties of atmospheric aerosols using filter-based absorption photometers
Author: Backman, John
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Aerosol particles are part of the Earth's climatic system. Aerosol particles can significantly impact the climate. The ability of aerosol particles to do so depends mainly on the size, concentration and chemical composition of the particles. Aerosol particles can act as cloud condensation nuclei (CCN) and can therefore mediate cloud properties. Aerosol particles can thus perturb the energy balance of the Earth through clouds. Aerosol particles can also directly interact with solar radiation through scattering, absorption, or both. The climatic implications of aerosol radiation interactions depend on the Earth s surface properties and the amount of light scattering in relation to light absorption. Light absorbing aerosol particles, in particular, can alter the vertical temperature structure of the atmosphere and inhibit the formation of convective clouds. The net change in the energy balance imposed by perturbing agents, such as aerosol particles, results in a radiative forcing. Globally, aerosol particles have a net cooling effect on the climate, but, not necessarily on a local scale. Accurate measurements of the optical properties of aerosol particles are needed to estimate the climatic effects of aerosols. A widely used means of measuring light absorption by aerosol particles is to use a filter-based measurement technique. The technique is based on light-transmission measurements through the filter when the aerosol sample is drawn through the filter and particles deposit onto the filter. As the sample deposits, it will inevitably interact with the fibres of the filter and the interactions needs to be taken into account. This thesis investigates different approaches to dealing with filter-induced artefacts and how they affect aerosol light absorption using this technique. In addition, the articles included in the thesis report aerosol optical properties at sites that have not been reported in the literature before. The locations range from an urban environment in the city of São Paulo, Brazil, an industrialised region of the South African Highveld, to a rural station in Hyytiälä in Finland. In general, it can be said that sites that are distant from urban areas tend to scatter more light in relation to light absorption. In urban areas, the aerosol particle optical properties show the aerosol particles to be darker.Aerosolpartiklar är små luftburna partiklar som är burna av en gas. Dessa partiklar kan antingen vara i fast form eller i vätskeform. Luftburna aerosolpartiklar är större än gasmolekyler (större än 0.001 mikrometer) och mindre än 100 mikrometer i diameter. Som jämförelse kan tas ett hårstrå som är ca 50 mikrometer i diameter. Trots deras ringa storlek kan de inverka på jordens klimat nämnvärt. Hur aerosolpartiklar inverkar på jordens klimatet beror främst på deras storlek och antal. Aerosolpartiklar spelar en central roll då vattenånga kondenseras för att bilda moln eftersom vattenångan behöver en yta för att kondens skall kunna bildas. Antalet luftburna partiklar kan därmed ändra på molns egenskaper så att de kan bli långlivade eller mera reflekterande. Via moln kan aerosolpartiklar ändra på hur mycket solstrålning som når jordytan och mur mycket som reflekteras tillbaka tillbaka ut i rymden. Aerosolpartiklar kan också direkt växelverka med solstrålning. Luftburna sotpartiklar är bra på att absorbera solljus och omvandla ljuset till värme. Mängden luftburet sot utgör merparten av hur mycket aerosolpartiklar absorberar solljus. Luftmassor som är förorenade av sot kan därmed värmas upp av sotpartiklar. De uppvärmda luftmassorna kan hämma molnbildning och därmed inverka på solstrålningen som når jordytan. Långt från alla aerosolpartiklar absorberar ljus, de flesta reflekterar ljus. Reflekterande aerosolpartiklar har en kylande effekt på klimatet och så har även moln. Noggranna mätningar av luftburna aerosolpartiklars optiska egenskaper krävs för att man skall kunna bestämma hur de växelverkar med klimatet. Mätstationer runt om i världen använder sig av en mätteknik där man mäter hur mycket ljus aerosolpartiklar absorberar. Mättekniken baserar sig på att man samlar aerosolpartiklar på ett filter medan man mäter hur mycket ljus som absorberas av filtret. I avhandlingen behandlas hur tillförlitliga den här mätmetoder är och samt osäkerheter förknippade med mätmetoden. Avhandlingen omfattar även ny mätdata från platser där dylika mätningar inte har beskrivits i skrift. Observationerna omfattar mätningar från en avlägsen station i Hyytiälä i Finland, en industriregion i Sydafrika samt mätningar i São Paulo i Brasilien. Observationer som utförs långt från stora städer och industriområden visar på mindre mängder luftburet sot.
URI: URN:ISBN:978-952-7091-05-0
http://hdl.handle.net/10138/144440
Date: 2015-01-23
Subject: ilmakehätiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
opticalp.pdf 1.417Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record