Understanding the climate effects of anthropogenic aerosols

Show full item record



Permalink

http://hdl.handle.net/10138/335833
Title: Understanding the climate effects of anthropogenic aerosols
Author: Nordling, Kalle
Publisher: Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute
Date: 2021-11
Language: en
Belongs to series: Finnish Meteorological Institute Contributions 176
ISBN: 978-952-336-142-3 (pdf)
978-952-336-143-0 (paperback)
ISSN: 0782-6117
URI: http://hdl.handle.net/10138/335833
Abstract: Anthropogenic aerosols alter the climate by scattering and absorbing the incoming solar radiation and by modifying clouds’ optical properties, causing a global cooling or warming effect. Anthropogenic aerosols are partly co-emitted with anthropogenic greenhouse gases, and future climate mitigation actions lead to the decline of anthropogenic aerosols’ cooling effect. However, the exact cooling effect is still uncertain. Part of this uncertainty is related to the structural differences of current climate models. This work evaluates the present-day anthropogenic aerosol temperature and precipitation effect and factors affecting the model difference. The key objectives of this thesis were: 1) What are the climate effects of present-day anthropogenic aerosols?, 2) What mechanisms drive the model-to-model differences?, and 3) How do future reductions affect local and global climates? The global models ECHAM6 and NorESM1 were used to evaluate the present-day climate effects with theidentical anthropogenic aerosol scheme MACv2-SP. Results reveal that an identical anthropogenic aerosol description does not reduce the uncertainty related to anthropogenic aerosol climate effects, and the difference in the estimated difference is due to model dynamics and oceans. The key mechanism driving the difference in the models was evaluated using data from the Precipitation Driven Model Intercomparison Project (PRMIP). Similar mechanisms drive the model-to-model difference for greenhouse gases and aerosols, where the key drivers are the differences in water vapor, the vertical temperature structure of the atmosphere, and sea ice and snow cover changes. However, on a regional scale, the key drivers differ. Future anthropogenic aerosol effects were evaluated using new CMIP6 data. This work shows the importance of anthropogenic aerosols for current and future climate change. For amore accurate assessment of climate impacts of anthropogenic aerosols, one needs to also consider remote effects of the local aerosols. The Arctic regions are particularly sensitive to midlatitude aerosols, such as Asian aerosols, which are expected to decline in the next decades. To gain a more accurate estimation of anthropogenic aerosols, it is not sufficient to only focus on composition and geographical distribution of aerosols, as the dynamic response of climate is also important. On global temperature results did not indicate clear aerosols signal, however future temperature development over the Asian regions is modulated by the future Asian aerosol emissions.Ihmisen aiheuttamat päästöt vaikuttavat ilmastoon monella eri tavalla. Ihmisen aiheuttamien kasvihuonekaasujen lisäksi ihmisen toiminnasta aiheutuva pienhiukkasten määrän lisääntyminen muuttaa ilmakehän koostumusta. Tällä hetkellä pienhiukkaset viilentävät ilmastoa. Ne kuitenkin vaikuttavat suppeammalla alueella kuin kasvihuonekaasut, jonka takia niillä on voimakas paikallinen vaikutus. Kiristyneiden ilmanlaatuvaatimusten takia pienhiukkasten määrä on vähentynyt nopeasti ja niiden koostumus on muuttunut. Tämän takia pienhiukkasten aiheuttamia vaikutuksia nykyilmastoon ja tulevaisuuteen on tärkeää tutkia. Erityisesti viilentävän vaikutuksen tutkiminen on olennaista. Kuitenkaan kaikki pienhiukkaset eivät laske lämpötilaa vaan esimerkiksi musta hiili lämmittää ilmastoa. Kuitenkin pienhiukkasten ilmastovaikutuksiin liittyy vielä paljon epävarmuuksia ja niiden tutkiminen on tärkeää, jotta yhteiskunnat pystyvät paremmin sopeutumaan pienhiukkasten aiheuttamiin epävarmuuksiin. Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin ECHAM6 ja NorESM1 -ilmastomalleja, joissa on keskenään samanlainen kuvaus ihmisperäisistä pienhiukkasista. Kummassakin mallissa on identtinen kuvaus aerosolien pilvivuorovaikutuksesta. Näiden avulla tutkittiin, mikä on nykypäivän pienhiukkasten ilmastovaikutus. Kasvihuonekaasujen ja erilaisten pienhiukkasten ilmastovaikutuksia sekä ilmastomallien välisiä eroja tutkittiin käyttäen Precipitation Driven Model Intercomparison Project (PDRMIP) aineistoa. Tulevaisuuden pienhiukkasten ilmastovaikutuksia tutkittiin Climate Model Intercomparison Project phase 6 (CMIP6) aineistosta. Tutkimuksessa havaittiin, että vaikka ilmastomallien ihmisperäisten aerosolien kuvaus oli identtinen, mallit antoivat lievästi erilaisia tuloksia. Mallien väliset erot eivät olleet merkittävästi pienemmät identtisyydestä huolimatta kuin epäidenttisten mallien erot olivat. Ilmastovaikutusten eroihin vaikuttavat ihmisperäisten aerosolien kuvauksen lisäksi se, miten meri on kuvattu malleissa ja miten merijää muuttuu ihmisperäisten aerosolien vaikutuksesta. Globaalilla tasolla mallien väliset erot selittyvät erilaisesta vasteesta ilmakehän pystyrakenteessa ja merijäässä. Vaikka ilmastomalleihin lisätään kasvihuonekaasujen tai aerosolien määrää, erot selittyvät samoilla tekijöillä. Paikallisesti ilmastomallien väliset tulokset taas eroavat merkittävästi myös pilvien erilaisten vaikutusten seurauksena. Tulevaisuudessa on arvioitu, että pienhiukkasten pitoisuudet pienenevät. Tämä johtuu siitä, että pienhiukkaset syntyvät osittain samoista lähteistä kuin kasvihuonekaasut. Globaalissa lämpötilassa ei havaittu merkittävää vaikutusta, mutta lähitulevaisuudessa aerosolien vaikutus sadannan muutoksessa on merkittävä. Aasiassa aerosoleilla on huomattava vaikutus monsuunisateeseen ja lämpötilaan. Tämä tutkimus antaa viitteitä siitä, että ilmastomalleissa ihmisperäisten pienhiukkasten ilmastovaikutuksissa merkittävää on pienhiukkasten mahdollisimman tarkan kuvauksen lisäksi ilmakehän ja meren dynaaminen vaste. Mikäli tulevaisuudessa ihmisperäisten aerosolien ilmastovaikutuksia halutaan tarkentaa, pelkästään aerosolien mikrofysiikan tarkempi kuvaus ei ole riittävää vaan tarvitaan ymmärrystä myös ilmakehän dynaamisista vasteista.
Subject: ilmaston mallinnus
aerosolit
epävarmuus
climate models
aerosols
uncertainty


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View Description
Dissertation_Nordling_Kalle.pdf 17.71Mb PDF View/Open Väitöskirja

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record