Forzamiento radiativo del carbono negro. Xochitl Cruz Núñez Grupo de cambio climático y radiación solar CCA UNAM

Transcripción

1 Forzamiento radiativo del carbono negro Xochitl Cruz Núñez Grupo de cambio climático y radiación solar CCA UNAM

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3 Fuente: NASA Contribución al derretimiento de los polos

4 Forzamiento radiativo

5 Potencial de calentamiento global Bond and Sun (2005) GWPCN (100 años) = 680 Forster et al (2007) GWPCN (100 años) = 510 Reddy and Boucher (2007) Concluyeron que el GWPCN debe tratarse de manera regional. Así: GWPCN Europa (100 años) = 374 GWPCN África (100 años) = 677 Las diferencias regionales en el GWP reflejan las diferencias en la vida media del carbono negro que a su vez se deben a las diferencias en la eficacia regional del depósito húmedo El efecto del carbono negro sobre el albedo en la nieve genera un potencial global indirecto que puede sinergizar el valor del GWPCN y llevarlo hasta un valor de 1600 (Reddy y Boucher, 2007)

6 Transferencia radiativa Es la transferencia de la energía electromagnética a través de un medio Hay cuatro procesos : o Transmisión o Absorción o Reflexión o Dispersión Tyndall, A. (2000) Is SBDART on target: An analysis of the radiative transfer model to observations. Recuperado de /1194a1-ZTgzN/Is_SBDART_on_Target_An_Analysis_of_the_Radiative_Transfer_Model_ to_observations_powerpoint_ppt_presentation

7 Componentes de la transferencia radiativa 1. La radiación solar incide la partícula 2. Reflexión 3. Dispersión 4. Absorción 5. Transmisión como radiación infrarroja Tyndall, A. (2000) Is SBDART on target: An analysis of the radiative transfer model to observations. Recuperado de /1194a1-ZTgzN/Is_SBDART_on_Target_An_Analysis_of_the_Radiative_Transfer_Model_ to_observations_powerpoint_ppt_presentation

8 OPAC (Optical properties of aerosols and clouds) Hess et al., 1998 Calcula propiedades ópticas de las partículas en el rango espectral terrestre y solar : Coeficientes de extinción, dispersión y absorción Parámetros de asimetría y función de fase Usa las propiedades microfísicas de seis tipos de nubes de agua, tres de hielo y 10 componentes de aerosoles Datos para hasta 61 longitudes de onda entre 0.25 y 40 nm y diferentes humedades relativas También se estiman los coeficientes de ängstrom

9 Generalidades Componentes individuales de los aerosoles y nubes, describen las propiedades radiativas del total de: o o o Partículas de aerosoles Gotas de agua Cristales de hielo en la atmósfera Modelados con la Teoría de Mie Modelado con óptica geométrica asumiendo formas de columnas hexagonales en el rango solar y esferas en el espectro terrestre

10 OPAC (Optical properties of aerosols and clouds) Hess et al., 1998 Categorías de los aerosoles Insolubles en agua Solubles en agua Hollín Componentes sulfato Compuestos orgánicos no polares Sulfatos, nitratos, compuestos orgánicos polares, etc. Carbono negro Sulfatos encontrados en los aerosoles antárticos o como fondo estratoférico para cálculo de AOD

11 Componentes de aerosoles

12 Propiedades ópticas modeladas Coeficiente de extinción Profundidad óptica de los aerosoles Coeficiente ängstrom Albedo de dispersión simple Parámetro de asimetría Visibilidad

13 SBDART (Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer program) Ricchiazzi et al., 1998 Calcula la transferencia radiativa Condiciones de cielo despejado Albedo de dispersión simple Parámetro de asimetría SBDART Datos de entrada: Exponente Angström Profundidad óptica de los aerosoles Datos de salida: Radiación top-down, topup, bottom-up, bottomdown 13

14 Metodología o Se desarrolló una metodología para evaluar el forzamiento radiativo del carbono negro o Se aplicó para la Ciudad de México en los años 2015 y 2016 o Se intentó aplicar a otras ciudades mexicanas con datos de CN Obstáculos o o o Mediciones recientes y con defectos Falta de mediciones de otros componentes Ausencia de datos de percepción remota (Aeronet)

15 Datos de las concentraciones de carbono negro Red Nacional de Carbono Negro o PAX (Photoacoustic Extinctiometer): estación del Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM, en Ciudad Universitaria o Datos depurados Obtención de valores promedio mensuales 15

16 Sitios de mediciones de carbono negro Red Nacional del Carbono Negro (al año 2016) Ciudad Universitaria, Ciudad de México Juriquilla, Querétaro Altzomoni, Estado de México Monterrey, Nuevo León Guadalajara, Jalisco

17 Concentraciones de carbono negro, Estación CU Fuente: Gráficas propias con datos de la Red Nacional de Carbono Negro.

18 Datos meteorológicos Servicio de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad de México o Red de Meteorología y Radiación Solar (REDMET): estación PED (Pedregal) No Porcentaje de humedad relativa Temperatura Velocidad del Viento Comisión Nacional del Agua y el Servicio Meteorológico Nacional o Precipitación mensual acumulada Obtención de valores promedio para los tres períodos estacionales 18

19 Otros datos Albedo Superficial: AERONET (NASA) Profundidad Óptica de los Aerosoles: AERONET nivel

20 OPAC Se determina la concentración de carbono negro Se modifican los valores de las concentraciones de los componentes de la mezcla (excepto la de carbono negro) Se realizan corridas iterativas hasta que los valores computados sean congruentes con los observados (AOD y exponente ängstrom) Se selecciona el porcentaje de humedad relativa Se comparan los valores obtenidos de AOD a 500 nm y los exponentes ängstrom (calculados vs observados) Se realiza otra corrida con las concentraciones fijas de los componentes de la mezcla de aerosoles y se fija el carbono negro en cero Se utilizan los valores iniciales de la mezcla de aerosoles para ambientes urbanos Se realiza la primera corrida Se calcula un nuevo exponente Angström (log(λ) vs log(aod)) 20

21 SBDART Introducir: valor del exponente ängstrom, valor de albedo superficial, parámetros de asimetría, albedos de dispersión simple y AOD Seleccionar el perfil atmosférico tropical Cálculos realizados por triplicado para atmósfera con aerosoles y carbono negro, atmósfera con aerosoles sin carbono negro y atmósfera sin aerosoles 21

22 Cálculo del Forzamiento Radiativo FR en la parte alta de la atmósfera (TOA): Top-up sin aerosoles Top-up con aerosoles = Forzamiento TOA FR en la superficie (FRs): (Bottom-down bottom-up) con aerosoles (bottom-down bottom-up)sin aerosoles = FRs FR en la atmósfera (FRa): FR TOA FRs = FRa FRa con carbono negro FRa sin carbono negro = FR CN 22

23 AOD AOD Comparación Aeronet vs OPAC Febrero (2015) AERONET Febrero (2015) OPAC λ (nm) Agosto (2015) AERONET Agosto (2015) OPAC λ (nm) 23

24 AOD Comparación Aeronet vs OPAC Diciembre (2015) AERONET Diciembre (2015) OPAC λ

25 Forzamiento Radiativo (W m 2 ) Forzamiento radiativo del carbono negro Mes

26 BC (ug/m3) BC (ug/m3) Carbono negro, CO y PM CO (ppm) R = R = PM 2.5(ug/m3) 26

27 Ciudad de México vs el resto del mundo Localidad Concentración de Carbono Negro (µg m -3 ) Forzamiento Radiativo del Carbono Negro (W m -2 ) Sur del Valle de México, México a Kanpur, India b Meseta Tibetana c Bangalore, India d Nueva Delhi, India e Visakhapatnam, India f China (regional promedio) g Beijing, China h No reportado El Cairo, Egipto h No reportado Laos h No reportado Los Ángeles, EUA h No reportado Manila, Filipinas h No reportado Nueva York, EUA h No reportado Sao Paulo, Brasil h No reportado Shanghai, China h No reportado a Trabajo actual, b. Tripathi, 2005, c. Kopacz et al., 2010, d. Babu, Satheesh, & Moorthy, 2002, e Singh et al., 2010, f Sreekanth, Niranjan & Madhavan, 2007, g Li, Liao, Mao & Ridley, 2016, h Dang & Unger,

28 Gracias!

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