On the sources of submicron aerosol particles in savannah: implications for climate and air quality

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-5822-77-9
Title: On the sources of submicron aerosol particles in savannah: implications for climate and air quality
Author: Vakkari, Ville
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Division of Atmospheric Sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Aerosol is defined as solid or liquid particles suspended in a gas lighter than the particles, which means that the atmosphere we live in is an aerosol in itself. Although aerosol particles are only a trace component of the atmosphere they affect our lives in several ways. The aerosol particles can cause adverse health effects and deteriorate visibility, but they affect also the Earth s climate directly by scattering and absorbing solar radiation and indirectly by modulating the properties of the clouds. Anthropogenic aerosol particles have a net cooling effect on the climate, but the uncertainty in the amount of cooling is presently as large as the heating effect of carbon dioxide. To reduce the uncertainty in the aerosol climate effects, spatially representative reference data of high quality are needed for the global climate models. To be able to capture the diurnal and seasonal variability the data have to be collected continuously over time periods that cover at least one full seasonal cycle. Until recently such data have been nearly non-existing for continental Africa and hence one aim of this work was to establish a permanent measurement station measuring the key aerosol particle properties in a continental location in southern Africa. In close collaboration with the North-West University in South Africa this aim has now been achieved at the Welgegund measurement station. The other aims of this work were to determine the aerosol particle concentrations including their seasonal and diurnal variation and to study the most important aerosol particle sources in continental southern Africa. In this thesis the aerosol size distribution and its seasonal and diurnal variation is reported for different environments ranging from a clean rural background to an anthropogenically heavily influenced mining region in continental southern Africa. Atmospheric regional scale new particle formation has been observed at a world record high frequency and it dominates the diurnal variation except in the vicinity of low-income residential areas, where domestic heating and cooking are a stronger source. The concentration of aerosol particles in sizes that can act as cloud condensation nuclei was found to increase during the dry season because of reduced wet removal and increased aerosol production from incomplete combustion, which can be either domestic heating or savannah and grassland fires depending on location. During the wet season new particle formation was shown to be an important source of particles in the size range of cloud condensation nuclei.Aerosoli on määritelmän mukaan kiinteitä tai nestemäisiä hiukkasia, jotka leijuvat itseään kevyemmässä kaasussa. Näin ollen ilmakehä, jossa elämme, on jo itsessään aerosoli. Vaikka aerosolihiukkaset muodostavat vain hyvin pienen osan ilmakehästä, ne silti vaikuttavat ihmisiin monin tavoin. Aerosolihiukkasilla voi olla haitallisia terveysvaikutuksia ja ne voivat heikentää näkyvyyttä, mutta ne myös viilentävät maapallon ilmastoa heijastamalla auringon säteilyä ja toisaalta muokkaamalla pilvien ominaisuuksia. Kun tarkastellaan ilmastonmuutokseen vaikuttavia ihmisperäisiä tekijöitä, aerosolihiukkaset lukeutuvat ilmakehää eniten viilentäviin tekijöihin, mutta epävarmuus niiden viilentävässä vaikutuksessa on tällä hetkellä samaa luokkaa kuin hiilidioksidin lämmittävä vaikutus. Yksi edellytys aerosolihiukkasten ilmastovaikutuksiin liittyvän epävarmuuden pienentämiselle on että maailmanlaajuisille ilmastomalleille on käytettävissä spatiaalisesti edustavaa, korkealuokkaista vertailuaineistoa. Tällaisen vertailuaineiston tulisi lisäksi mahdollistaa vuoden- ja vuorokaudenaikaisvaihteluiden tarkastelu, mikä edellyttää vähintään vuoden kestoisia yhtäjaksoisia mittauksia. Koska tällaisia aineistoja ei ole ollut saatavilla Afrikasta etenkään mantereisista ympäristöistä, yksi tämän väitöskirjatyön tavoitteista on ollut perustaa mantereiseen Afrikkaan pysyvä mittausasema, joka tuottaa tietoa aerosolihiukkasten ilmastollisesti tärkeimmistä ominaisuuksista. Tämä tavoite on nyt saavutettu Welgegundin mittausasemalla Etelä-Afrikassa läheisessä yhteistyössä North-West yliopiston kanssa. Lisäksi tämän työn tavoitteina on ollut määrittää aerosolihiukkasten pitoisuuksia, niiden vuoden- ja vuorokaudenaikaisia vaihteluja sekä tärkeimpiä lähteitä mantereisissa ympäristöissä eteläisessä Afrikassa. Tässä väitöskirjassa raportoidaan aerosolihiukkasten kokojakauman vuoden- ja vuorokaudenaikaisvaihteluja eteläisessä Afrikassa niin puhtaassa ympäristössä kuin teollistuneella kaivosalueellakin. Alueellisella mittakaavalla ilmenevää uusien aerosolihiukkasten muodostumista havaittiin kaikissa tutkituissa ympäristöissä ennätyksellisen taajaan, lähes päivittäin. Uusien hiukkasten muodostuminen hallitseekin aerosolihiukkasten vuorokaudenaikaisvaihtelua lukuun ottamatta matalan elintason asuinalueiden välitöntä läheisyyttä, missä ruoanlaitto ja asuinrakennusten lämmitys ovat vielä voimakkaampi lähde. Kuivan kauden aikana sateiden vähyys, maastopalojen yleistyminen ja lisääntynyt asuinrakennusten lämmitys nostivat aerosolihiukkasten pitoisuudet korkeimmilleen niissä kokoluokissa, joissa hiukkaset voivat toimia pilvipisaroiden tiivistymisytiminä. Märän kauden aikana taas alueellinen uusien hiukkasten muodostuminen ilmakehässä oli merkittävä aerosolihiukkasten lähde pilvipisaroiden tiivistymisytimien kokoluokissa.
URI: URN:ISBN:978-952-5822-77-9
http://hdl.handle.net/10138/40755
Date: 2013-10-11
Subject: fysiikka, Ilmakehätieteet
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
vakkari_dissertation.pdf 1.396Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record