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LGK CEAZA Junio 2003
Laura Gallardo KlennerPhD Meteorología Química,
lgallard@dim.uchile.cl
AEROSOLES ATMOSFÉRICOS Y EL CICLO DEL AGUA
•+dos invitaciones
LGK CEAZA Junio 2003
Contenidos
•Aerosoles atmosféricos
•El agua y la lluvia
•Aerosoles, ciclo del agua y clima
–Efecto directo–Efecto indirecto
•Una propuesta científica
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Existen los aerosoles, luego hay nubes
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Aerosol: una
combinación de material en fase
condensada presente
en la atmósfera así como aquél
dentro del material
suspendido que la contiene
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Interacciones entre partícula y radiación electromagnética...
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Denver, Colorado 1981Aerosoles finos (<2.5m) %bext
Sulfato de amonio(NH4)2SO4
20.2
Nitrato de amonioNH4NO3
17.2
Carbono orgánico 12.5Carbono elemental
("scattering")6.5
Carbono elemental(absorción)
31.2
Dióxido de nitrógenoNO2
5.7
Otros 6.6Total 100
absscatext
-τo
z-bo
bbb
eIeI=I ext
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Si no hubiera aersoles no habría nubes
Efecto indirecto o de Twomey
Hilding Köhler (1921)...
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Las propiedades radiativas de las nubes dependen de la disponibilidad de agua y del
número de núcleos de condensación
Pocas gotas grandes...nube más oscura y poco reflectora
Muchas gotas pequeñas...nube más blanca y muy reflectora
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“Ship tracks”...Norte América -0.16 Wm-2 NH
-0.06 Wm-2 SH•El penacho del barco (rico en aerosoles) aumenta el número de CCN y su eficiencia (disminuye el radio de las gotas).Ergo:•Las nubes se tornan más reflectantes (aumenta el albedo)•Aumenta la duración de las nubes (llueve menos)
Efecto indirecto
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Nubes sucias vs nubes limpias
(Ramanathan et al, 2002)
Sucias Limpias
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Sahelian droughts and S-cycle in Europe and the US?
The indirect effect of anthropogenic sulfate has the potential to provoke a broad southward shift of tropical circulation and rainfall, due to a stronger surface cooling in the NH than the SH (Rostantyn and Lohmann, 2002).
Obs
Mod (S)
1901-1998 rainfall trend
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West's pollution 'led to African droughts'
(BBC, June 2002)
It's the first time we've seen a connection between pollution in the mid-latitudes and climate in the tropics (Johann Feichter, MPI_Hamburg)http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/africa/2042856.stm
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Los aerosoles y sus roles...• Absorben, emiten y dispersan luz
(“scattering”)...afectan el balance radiativo del
planeta• Proveen superficies para la deposición
de moléculas...favorecen la condensación y
formación de nubes• Proveen superficies sobre las cuales
ocurren reacciones químicas...actúan como catalizadores de
reaccionesAdemás, al ser respirables (<10m),
pueden provocar efectos sobre la salud.
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Agua atmosférica y lluviaEl agua (H2O) es un compuesto con una estructura dipolar que
se presenta en la atmósfera en fases sólida, líquida y gaseosa
Gota de lluvia (1000 m,1) Núcleo de condensación (0.1 m, 106)
Gota de nube (10m, 106)
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Para que llueva
Las gotas deben crecer. Esto requiere•colisiones y coalescencia•interacciones entre gotas de agua y cristales de hielo
Para que se den estos procesos se necesita:•Aerosoles•Movimiento verticales (ascenso y descenso)
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Los reactores nubosos
LGK CEAZA Junio 2003IPCC, 2001
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• Los aerosoles son centrales al ciclo hidrológico en tanto hacen
posible la formación de nubes y éstas actúan como reactores
donde se forman aerosoles
• Los aersoles, según su composición y tamaño, dispersan y
absorben luz solar y alteran las propiedades radiativas de las
nubes y su longevidad
• Existe evidencia empírica de perturbaciones del ciclo
hidrológico que se asocian a la presencia de aerosoles
antrópicos
• El impacto climático de los aerosoles atmosféricos y su
interacción con el ciclo hidrológico constituye el eslabón más
débil para nuestra capacidad de identificar escenarios futuros y
medidas de mitigación y adaptación
...
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¿Y en Chile?
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El subtrópico costa afuera de Chile y los estratocúmulos (Sc) persistentes
•La capa de Sc subtropicales costa afuera de Chile es la más grande y persistente del mundo
•Los Sc modulan el clima regional y global (gran albedo, enfriamiento y estabilización)
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Emisiones de SO2 en Chile (1850-2000)...Un país minero
Lefhon et al, 1999
CONAMA, 2001
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¿Volcanes?
•¡¡¡Más de 100 volcanes activos!!!•Sólo dos (Lascar y Lonquimay) caracterizados
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Dimetil SulfuroDMS CH3-S-S-CH3
DMS
SO2 MSA
H2SO4 CCN
T
Charlson et al, 1987
Las emisiones biogeoquímicas también son importantes...
¿pero cuánto son?
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Direct radiative forcing (Wm-2)
Estimación de modelos globales para aerosoles sulfato (Boucher et al, 2001)
Global-mean: -0.4 Wm-2 -1.0 Wm-2
Normalized forcing: -140 W (g SO4=) -1
Indirect radiative forcing (Wm-2)
Subtrópico chilensis y Sc
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Garreaud et al, 2000
CIMAR-5
Hay megaciudades...más aerosoles (orgánicos e inorgánicos)
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• La capa de Sc subtropicales costa afuera de Chile es la
más grande y persistente del mundo
• Los aersoles sulfato reflejan luz solar y alteran las
propiedades radiativas de las nubes y su longevidad
• En Chile central y norte hay grandes emisiones de
aerosoles sulfato tanto naturales como antrópicas
• Los modelos globales sugieren que estas emisiones
tienen efectos directo e indirecto que podría tener
consecuencias regionales y globales
• Chile ofrece una plataforma privilegiada para estudiar
las interacciones entre aerosoles, nubes y clima
...
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Biotic and Abiotic Sulfur
Impacts on Stratocumulus
(BASIS)
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•¡Nuevo plan científico!
http://www.igac.unh.edu/SciencePlan5.pdf
…Más participación e integración
...¿Es la química atmosférica amplificador o atenuador del cambio climático?
...¿Cómo se conecta lo regional (calidad del aire) y lo global (cambio climático)?
...8th Scientific Conference of the IGAC Project4-9 September 2004, Christchurch, New Zealand
contact: Kim Gerard kim@conference.co.nz
(http://www.cmm.uchile.cl/IGAC_CMM/)