Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

Aerosoli atmosferici şi climatice globale

Source:http://www.phys.unsw.edu.au/phys_research/ATMOSPHERIC/atmospheric_research.html

Conţinut

Pentru ultimul deceniu, am fost audiere cu privire la modul în ridicarea nivelului de gaze cu efect de seră- în special de dioxid de carbon, dar, de asemenea, metan, protoxid de azot, şi clorofluorocarburi- va duce la încălzirea globală. Fizicieni atmosferică recunosc acum un jucător nou şi mult mai complexe în meci climatice- particule de aerosoli. Aerosolii sunt mici particule sau picături în atmosferă, cu dimensiuni de ordinul a un micrometru.

De aerosoli atmosferici

Particule de aerosoli sunt o mare parte naturale, deşi extrem de variabil, componentă a atmosferei noastre. Acestea pot fi create de către suflă vântul peste regiunile cu mult praf, prin evaporare de mare spray, şi prin conversia în particule mici ale unora dintre gazele emise de plante.(Vulcani poate injecta cantităţi mari de gaze şi particule în stratosferă.) Activităţile umane agricole şi industriale aerosoli adăuga mai multe, de exemplu, prin procese mecanice, sau prin slash-şi-arde practici agricole şi de deşertificare a crescut. Cu toate acestea, este de emisie de dioxid de sulf de la arderea cărbunelui, care a stârnit îngrijorare cea mai recentă. În timp ce unele dintre aceste sfârşeşte ca ploile acide, ea însăşi o problemă majoră de mediu, o mare parte se transformă în sulfat aerosoli.

Aerosoli numai rămân în atmosferă pentru câteva zile, şi aşa nu au timp să călătorească foarte mult. Prin urmare, efectele de aerosoli vor fi în mare parte concentrate în apropierea surselor lor, sau de direcţia vântului. Sursele majore de aerosoli sulfat, de exemplu, sunt în Europa, America de Nord Est, şi Asia de Est. Emisfera sudică, prin contrast, este destul de curat. Cu toate acestea, aceste modele sunt de aşteptat să se schimbe, astfel cum controlul poluarii se acţiona pentru reducerea emisiilor de dioxid de sulf in tarile industrializate. Pe de altă parte, naţiunile în curs de dezvoltare loc în prezent o importanţă mult mai mică în astfel de probleme.

Aerosoli afectează mediul nostru la nivel local, regional şi global. La nivel local, aerosoli devin acum recunoscute ca fiind o problemă de sănătate semnificative, în special în ceea ce priveşte boli respiratorii, inclusiv astm. Aceste concluzii sunt încă în curs de dezbatere, şi date mai bune privind atât proprietăţile fizice şi chimice de aerosoli, precum şi modele de boala, sunt în curs de căutat în mod activ. Aerosolii pot avea, de asemenea, un impact semnificativ asupra vizibilitate, cu consecinţe potenţial economic pentru turism, de exemplu.

Clima Forţarea

Aerosoli atmosferici influenţează clima în două moduri principale, menţionate la directe şi indirecte ca forţând forţarea. În mecanism direct forţând, aerosoli reflectă lumina soarelui înapoi în spaţiu, astfel răcirea planetei.(Aerosoli Sooty provenite din procesele de ardere a biomasei, cum ar fi absorbi o parte din această energie solară, ceea ce duce la o încălzire atmosferice locale care pot altera stabilitate şi modele de convecţie.) Sa estimat că poluarea de acest fel pe partea de est a Statelor Unite are în mod eficient a redus sezonului agricol anual de creştere de o săptămână.

Efectul indirect implică particule de aerosoli în calitate de(suplimentare) nuclee de condensare nor, de raspandire apă nor de lichid peste mai multe, mai mici, picaturi. Acest lucru face nori mai reflexiv, şi mai de durată. Formarea de o picătură nor este nevoie de două lucruri- un exces de vapori de apă(suprasaturaţie), şi o sămânţă sau "nucleu condensare". Computing detaliile de nor microfizica necesită o înţelegere detaliată a proceselor dinamice în mişcare de vapori de apă, prin atmosferă, şi a mecanismelor fizice implicate in formarea si dezvoltarea de nor de particule, inclusiv de încălzire şi de răcire de radiatia solara si infrarosu.

Calcularea efectului direct forţând este un exerciţiu destul de simplu de configurat. Având în vedere datele corecte privind cantitatea şi locul de sulf emisă în atmosferă, precum şi unele idei rezonabile de cât de mult se transformă în particule din ce dimensiune, restul este destul de simplă. Se estimează că, în prezent, în regiunile cele mai puternic poluat din emisfera de nord, efectele de răcire de om sulfat de aerosoli să depăşească efectele încălzirii creşterilor secolului trecut în gaze cu efect de seră. De fapt, acesta a fost modelul geografică a încălzirii de gaze cu efect de seră, plus aerosoli sulfat de răcire, care a convins Grupul interguvernamental privind schimbările climatice pentru a concluziona că influenţele umane au fost, într-adevăr, modificarea climei globale.

Nostru de Grupul de Cercetare

De cercetare întreprinse de către grupul nostru(inclusiv proiecte cu alte UNSW şi oameni de ştiinţă din Australia, precum şi colaborările internaţionale majore), acoperă întreaga gamă de cercetare în acest domeniu. Acest lucru poate fi convenabil grupate în 3 proiecte:

 Facem o serie de măsurători de aerosoli în coloana de aer de peste Sydney, şi de la nivelul solului, precum şi folosind datele de la alte site-uri în jurul valorii de Australia. Aceste seturi de date sunt utilizate atât pentru a studia variaţiile sezoniere şi interannual în aerosoli, şi, de asemenea, să dezvolte modele mai bine să se refere aerosoli proprietăţi fizice şi chimice de proprietăţile lor optice şi radiative.

Suntem implicate două proiecte internationale, care sunt, pentru prima dată, să încerce să obţină date globale aerosoli utilizarea spaţiului-suportate de instrumente. În special, suntem în curs de dezvoltare noi algoritmi sofisticaţi pentru a extrage valoarea maximă de informaţii cu privire la proprietăţile de aerosoli din astfel de seturi de date. Pentru a completa această activitate, suntem, de asemenea, implicat în campania plan internaţional ACE-Asia.

Suntem în curs de dezvoltare mai multe tehnici sofisticate pentru a calcula fluxul de radiatii solare, printr-o atmosferă care conţin aerosoli, nori şi gaze. În acest domeniu, am fost pionierii o tehnica puternica cunoscut sub numele de teoria perturbatiilor radiative.

Academic personalul:           

Asociat de cercetare:    

Observare prin satelit de proprietatile aerosolilor

Este foarte important că suntem capabili de a construi o imagine completă a aerosolilor din întreaga lume, astfel încât să putem înţelege modul în care acestea variază în timp şi spaţiu. Este chiar mai important, însă, că asemenea observaţii să fie în curs de desfăşurare, astfel încât să putem monitoriza orice construi-up-uri care pot fi apar. După toate, deoarece clima noastră actuală este o reflectare a atmosferei noastre actuale- inclusiv gazele cu efect de seră şi aerosolii- este modificările în aceste componente, care va duce la schimbările climatice. Singura modalitate de a realiza o acoperire în curs la nivel mondial este de observare prin satelit.

Până acum, însă, acest lucru a fost oarecum dincolo de capacitatea noastră. În timp ce sateliţi sunt utilizate de obicei pentru a monitoriza multe dintre gazele din atmosfera noastră, aerosoli sunt o chestiune diferită. Spre deosebire de moleculele unui gaz special, cum ar fi dioxidul de carbon, care sunt toate particulele aceleaşi, aerosoli sunt destul de variabile în mărime, formă şi compoziţie. Astfel, cantitatea de lumina soarelui pe care le reflectă, şi care pot fi apoi detectate de un satelit, depinde de factori, cum ar fi proprietăţile de aerosoli şi de soare prin satelit geometrie. O observaţie unică oferă rareori suficiente informaţii.(De asemenea, este necesar să existe posibilitatea de a separa lumina reflectată de sol de la lumina difuză de particule de aerosoli.)

O modalitate de a îmbunătăţi această situaţie este de a vedea acelaşi segment de atmosfera dintr-un număr de direcţii diferite, folosind fie cu două(sau mai multe), sateliţi care se întâmplă să facă observaţii aproape simultan, sau prin folosirea unui instrument de satelit conceput special pentru a lua arată mai multe cum se trece de mai sus. Instrumentul Polder franceză, la bordul japoneze prin satelit ADEOS, este doar un astfel de instrument, astfel cum este MISR, pe Terra lansat recent de NASA. Suntem în curs de dezvoltare un set de algoritmi unic pentru a extrage informaţii maxim de la astfel de multi-direcţionale de seturi de date.(Caseta Dr. Michael este un membru al echipei International Science Polder de lucru, si colaboreaza cu oameni de ştiinţă, precum şi Terra.)

În 1997, Climei Lumea programului de cercetare, în colaborare cu NASA, numit pentru un complet re-analiza a ultimelor două decenii de date prin satelit atmosferic/ de mediu, precum şi o evaluare completă a potenţialului de toate misiunile actuale şi planificate spaţiu de mediu, cu intenţia de a găsi noi modalităţi de a extrage mai multe informaţii despre distribuţiile de aerosoli la nivel mondial, şi radiativ lor fortarea climatice noastre. Am fost rugat sa se alature acestui proiect, şi Caseta Dr. Michael este acum un membru al radiativ aerosoli International Obligarea Echipa de Ştiinţă. Contribuţia noastră la acest efort va fi în primul rând dezvoltarea de noi algoritmi, precum şi utilizarea datelor finale seturi pentru a studia câteva dintre efectele de aerosoli.

Academic personalul:           

Asociat de cercetare:    

Studenţi absolvent:       

Colaboratori:              

Regăsire a Albedo şi Funcţia de faza de la Radiances Ieşirea folosind teoria perturbatiilor radiativ, MA Box şi C. Sendra, Optica Aplicata, 38, 1636-1643, 1999.

Radiativa de transfer

Fluxul de atât radiatiei solare si terestre, prin atmosfera Pământului implică proceselor fizice de emisie, absorbţie, şi de împrăştiere, şi este guvernat de ecuatia de transfer radiativ. În complexitatea sa deplină, această ecuaţie nu este trivial de a rezolva, dar în cazul de o previziune meteo numeric, sau modelul climatice la nivel global, am putea fi necesare pentru a "rezolva" această ecuaţie de milioane de ori. În mod clar eficienţa- comerţ-off între viteză şi precizie- este crucială. Lucrăm cu un număr de coduri, mai multe dintre care sunt considerate ca standarde internaţionale. În plus, avem pionier utilizarea unei tehnici perturbare care are un potenţial enorm în multe aplicaţii, inclusiv acele situaţii în care atmosfera nu este orizontal omogen.

Până în prezent, am folosit aceasta tehnica într-un număr de aplicaţii, dintre care două merită să fie menţionat. Calculul indicilor de UV, aşa cum sunt prezentate în rapoartele meteo de televiziune, necesită integrarea pe lungimea de undă a produsului a fluxului de radiaţii solare şi susceptibilitatea biologice pentru arsurile solare. Acest lucru necesită în mod normal, rezolvarea ecuatiei de transfer radiativ de mai multe ori. Folosind teoria perturbatiilor, am fost capabili să obţină rezultate în esenţă, identice, de la o singură rezolvare a ecuaţiei de transfer radiativ.

A doua cerere a fost în centrul de algoritmi, suntem în curs de dezvoltare de a extrage informaţii de aerosoli din date prin satelit multiangular. În cadrul acestei abordări, vom face un ghici primul în ceea ce priveşte proprietăţile aerosoli, şi de a folosi aceasta pentru a calcula observaţiile prin satelit de aşteptat. Am invertit, atunci diferenţa dintre măsurători reale si a prezis pentru a obţine diferenţa dintre real şi, în primul ghici proprietăţi aerosoli.

Am folosit tehnici de soluţie de diferite viteză şi acurateţe într-un număr de cereri de a face cu efectele radiativ de aerosoli. La o extremă, am colaborat în includerea de aerosoli şi efectele lor într-un model numeric australian prognoza meteo. La cealaltă, am analizat cu atenţie impactul radiativ de un set de modele standard de aerosoli optice, în conformitate cu o serie de scenarii realiste punct de vedere fizic.

Academic personalul:           

Asociat de cercetare:    

Studenţi absolvent:       

Colaboratori:              

Aplicaţii ale teoriei perturbatiilor radiativ la Modificări în gaz absorbante, MA Box, PE Loughlin, M. Samaras şi T. Trautmann, J. Geophys. Res. 102, 4333-4342, 1997.

Efectelor radiatiilor solare de aerosoli absorbi şi a impactului de vapori de apa, Kay MJ şi Box MA, J. Geophys. Res. 105, 12,221-12,234, 2000.

Aerosol chimice, fizice şi proprietăţile optice

Aerosoli varia foarte mult în timp şi spaţiu şi, astfel, monitorizarea continuă a proprietăţilor lor fizice şi optice este important. La sol pe bază de măsurători sunt un aspect important în acest sens.(În viitorul apropiat, sperăm să aibă acces la datele din aer, precum şi.) Eforturile noastre de grup sunt concentrate în trei domenii.

O multispectrale rotativă shadowband radiometru a fost utilizat pentru a face măsurători ale grosimii optice aerosoli la locul UNSW de la Sydney din decembrie 1995. Măsurătorile sunt făcute la 6 lungimi de undă diferite, dintre care 4 sunt în primul rând sensibile la aerosoli, unul la ozon şi alte vapori de apă. Aceste date sunt utilizate într-un număr de moduri de a studia aerosoli în Sydney, şi de variaţiile sezoniere ale acestora.

Optic grosimi sunt răsturnate pentru a da de distribuţia dimensiunilor aerosoli. Măsurătorile radiometru sunt de asemenea folosite pentru a obţine de ozon total al coloanei şi vaporii de apă, care sunt apoi comparate cu masuratori prin satelit derivate din aceste cantităţi. Un alt aspect al muncii se face este corelaţia între datele radiometru, care este o măsură coloană, şi măsurătorile făcute la suprafaţă, cum ar fi măsurători nephelometer, şi alte măsurători, de rutină efectuate de EPA NSW.

Inversiune de grosimi optice de distribuţie pentru a determina marimea nu este o sarcină trivială şi soluţia nu este unic şi poate fi instabilă. Avem un interes continuu în dezvoltarea şi perfecţionarea de algoritmi inversare, şi sunt în curs de dezvoltare tehnici pentru extragerea informaţiilor maximă posibilă din datele disponibile. Precum şi aplicarea algoritmi astfel de la datele noastre, vom fi le aplica la datele luate în campaniile de teren internaţionale, cum ar fi ACE-Asia, în care suntem colaborare cu NASA.

Este proprietăţi optice de aerosoli, care sunt cele mai importante în caz de vizibilitate şi radiative forţa. Acestea depind de o serie de factori, inclusiv de distribuţie dimensiunea, compoziţia chimică, şi umiditatea relativă. Am început recent un proiect pentru a studia relatia dintre proprietăţile fizice şi chimice de aerosoli şi proprietăţilor lor optice. Acest lucru implică utilizarea de modele termodinamice chimice şi utilizează datele colectate într-un număr de oraşe din Australia. În viitor, vom fi obtinerea de asemenea, date de aerosoli chimie aici, în Sydney.

Academic personalul:           

Studenţi absolvent:        

Colaboratori:              

Conţinut de informare şi selecţie de lungimi de unda pentru Aparatei de radio măsurare multispectrale. GP Box, MA Box şi J. Krucker. J. Geophys. Res. 101, 19211- 19214. 1996

Multispectrale monitorizarea radiometru de aerosoli în Sydney. G. Taha şi Caseta GP. în Proceedings din 14 International Clean Air conferinţe, Melbourne, optsprezece-22 octombrie 1998.

Proiecte de cercetare posibile

Aici sunt o serie de studii postuniversitare posibile(sau chiar onoruri) zonele proiect de cercetare în care suntem pregatiti pentru a asigura supravegherea. Acestea ar trebui să fie considerate ca fiind doar orientative, şi proiecte concrete vor fi organizate cu elevii individuale bazate pe fundal şi interesele lor, precum şi la întrebările actuale, care sunt importante în ştiinţa noastră.

Chimie aerosoli în regiunea Sydney

Aerosoli nivelurile de particule sunt strâns corelate cu stare de sănătate precară, dar detaliile rămân obscure. Intenţionăm să colecteze probe aerosoli în două dimensiuni variază de la diferite părţi ale mai mare Sydney, şi de a efectua analize chimice pe ele(coroborat cu atât Şcoala de Chimie şi ANSTO). În plus, ne aşteptăm să fie în măsură de a plasa instrumente de pe Aviaţie UNSW aeronava de formare Departamentul zboară pentru a obţine mai sus-sol de date. Vom încerca, apoi, de a corela aceste rezultate cu statisticile relevante de sănătate folosind analiza multivariată. Elevii cu un fundal în fizică şi/ sau de Chimie şi/ sau analiza statistică ar putea aduce o contribuţie valoroasă la o astfel de cercetare. Alternativ, studenţii cu un interes în meteorologie poluarea aerului poate grijă pentru a rula modele adecvate pentru a urmări fluxul acestor poluanţi în bazinul Sydney.

Sol Teledetectie de Aerosoli

În timp ce de cercetare de doctorat de Ghassan Taha a pus bazele pentru teledetecţie de distribuţie mărime de aerosoli şi alţi parametri, aceasta este o provocare în curs de desfăşurare. Deoarece astfel de aerosoli sunt o componentă variabilă atmosferice, monitorizarea continuă este esenţială. Precum şi menţinerea programului nostru de teledetecţie, aici, la UNSW(inclusiv datele de bord menţionate mai sus), un student ar putea fi în măsură să contribuie la campaniile de pe plan internaţional, cum ar fi ACE-Asia, sau la validarea datelor de aerosoli prin satelit-derivate.

Radiativa Transfer Teoria

Diferite probleme calculational la transferul radiative sunt adesea cel mai bine tratate prin diferite tehnici de calcul. Avem în prezent, codurile care rezolva ecuatia de transfer radiativ folosind urmatoarele tehnici: Gauss-Seidel, ordonate discretă, Delta-patru-stream; două-stream; şi Armonici sferice. În plus, avem o varietate de seturi de date care caracterizează diversele componente ale atmosferei, în special aerosoli. Printre proiectele posibile sunt dezvoltarea de coduri suplimentare; optimizarea tuturor codurilor, astfel încât fiecare să executaţi cu orice seturi de date relevante, precum şi o varietate de aplicatii, cum ar fi impactul radiativ de aerosoli.

Radiativa Teoria perturbatiilor

Tehnica noastra perturbarea radiativa a demonstrat valoarea sa într-o varietate de aplicatii, si multe altele asteapta sa fie explorate. Munca lui Peter Loughlin Teza trebuie să fie extinse şi ambalate ca un cod de comunitate pentru cercetători şi previziuni meteorologice pentru a calcula cu uşurinţă indicilor ultraviolete. Recent, am modificat codul internaţional DISORT de referinţă pentru a oferi calcule exacte perturbare într-o gamă largă de condiţii atmosferice. Extinderea acestei lucrări cu termenii ordin superior în seria perturbarea este o provocare interesantă. O provocare şi mai mare este de a aplica aceasta tehnica pentru probleme care implică mass-media orizontal neomogene, cum ar fi nori, un subiect de interes la nivel mondial actual.

Analiza datelor prin satelit Seturi

Platforme de curent spaţiu generaţie, cum ar fi Terra NASA cu 5 instrumente sale superbe sunt oferind oamenilor de ştiinţă cu cantitati fara precedent de date de înaltă calitate, din care majoritatea este disponibil pentru comunitatea internaţională în domeniul ştiinţei pentru analiză. În plus, avem mai multe contacte cheie de la NASA şi alte agenţii cu care colaboram în mod regulat. Numărul proiectelor care utilizează astfel de seturi de date este limitat doar de timp şi de imaginaţie. În prezent, suntem de lucru privind analiza a datelor MISR de a obţine informaţii aerosoli peste oceane, dar există multe alte oportunităţi de interesante aici.

Repere de absolvenţii noştri recente

1. Peter Loughlin terminat doctoratul în luna mai a anului 1995, au lucrat sub Dr. Box Michael, şi, de asemenea, cu Dr. Ian Plumb de CSIRO. Două săptămâni mai târziu, el a fost în Mainz, Germania, în calitate de asistent de cercetare post doctorat de lucru cu Dr. Andreas Bott. Precum şi ţinând cursuri de limbă, el a început să lucreze la un model diferit de transfer radiativ, cuplat la un model de nor microfizica. Acest model a fost de doua dimensiuni, cu o distribuţie extrem de detaliate dimensiunea particulelor, care a permis nori marine care urmează să fie studiate cu detalii internă înaltă.

După doi ani şi jumătate, Petru a decis că plajele insorite cald de acasă au fost mai pe gustul său. La intoarcere la finalul contractului său, el a decis, la o schimbare de cariera uşoară, şi a luat o poziţie de pe orbită Analist Dynamics cu Optus. Această poziţie este responsabil pentru sateliţii geostaţionari de telecomunicaţii, controlul poziţia lor cu privire la staţia de Pământ, şi, prin urmare, clienţii care folosesc sarcina utilă. Munca lui este preocupat cu înţelegerea orbita de nave spaţiale, precum şi modul în care orbita este influenţată de perturbaţii de la Soare, Luna, şi Pamantului triaxial câmpul gravitaţional. Analyst Orbital este responsabil pentru planificarea manevre pentru a se asigura nava şederii lor în termen de 0.05 Dulapuri cu staţie de grad, şi să facă în aşa fel încât să reducă la minimum consumul de combustibil.

2. Claudia Sendra terminat doctoratul în 1997, şi de atunci a fost de predare Fizica într-un număr de licee Sydney, şi, de asemenea, pre-universitar cursuri de Fizica, atât în Australia şi în Spania.

3. Christian Werner terminat doctoratul la mijlocul anului 1999. El a făcut în primul rând utilizarea expertizei sale în modelarea numerică a vremii şi a climatului de lucru în domeniul de modelare de mediu pentru CANCES(Centrul de calcul numerice avansate în Inginerie si Stiinta), iar mai târziu, în mare performanţă Unitatea de Asistenţă Computing de UNSW. Ambele aceste locuri de muncă oferit multe oportunităţi în continuare abilităţile sale în acest domeniu. În special, el a fost capabil să continue să lucreze pe un model de înaltă rezoluţie, numeric Predictii de mediu, care pot fi aplicate la o gamă largă de probleme importante, cum ar fi poluarea aerului, vreme, şi salinizare.

Recent, el sa alăturat Enron, o societate bazată Houston, care este pionier in managementul riscului de vreme instrumentele financiare derivate: faptul că este, ei încearcă să gestioneze riscurile asociate cu meteo nefavorabile. Enron este un producator lider de piaţă în energie electrică, gaz, lăţime de bandă şi derivaţii zonele vreme, si o companie extrem de inovatoare. El este prezent, folosind expertiza sa în modelarea vreme în analiză, de tranzacţionare şi structurarea partea de instrumentele financiare derivate climatice în regiunea Asia-Pacific. Este un ritm rapid, la locul de muncă dinamică.

4. Yalong Tian terminat doctoratul în 2000, şi este acum de lucru ca un ofiţer de Professional cu Serviciul Predictii ionosferei. Lui sarcină curentul principal este de a spori de predicţie radio de propagare software-ului prin adăugarea de noi optiuni si upgrade-uri. În plus, acesta efectuează cercetări privind Fizica solare terestre.

5. Ghassan Taha terminat doctoratul în mijlocul anului 2000, şi a mers direct la un post de cercetator la NASA Langley Research Center, în legătură cu Universitatea din Arizona. Acestea sunt cele două instituţii în cazul în care Michael a lucrat şi Gail(20 de ani în urmă), şi astfel numirea lui Ghassan completeaza cercul. El lucrează la SAGE de date prin satelit.

Published (Last edited): 27-07-2016 , source: http://www.phys.unsw.edu.au/phys_research/ATMOSPHERIC/atmospheric_research.html