Pył i pogoda w regionie Morza Śródziemnego
Ostatnie postępy w dziedzinie modelowania pyłu obecnego w atmosferze umożliwiają prowadzenie badań dotyczących wpływu pyłu na radiację i procesy zachodzące w atmosferze. W tym celu można wykorzystać platformy satelitarne, takie jak MODIS, EP-TOMS i OMI, a także naziemne systemy monitorowania, dostarczające precyzyjnych danych pomiarowych, w połączeniu z modelami, aby dokładniej badać dynamikę interakcji między pyłem i atmosferą. Uczestnicy projektu MDRAF (Effects of Mediterranean desert dust outbreaks on radiation, atmospheric dynamics and forecasting accuracy of a numerical mesoscale model), finansowanego ze środków UE, opisali trójwymiarową strukturę wtargnięć pyłu pustynnego w regionie Morza Śródziemnego, posługując się synergistyczną implementacją pasywnych i aktywnych pomiarów satelitarnych, a także badając ich wpływ na radiację i dynamikę atmosfery przy pomocy modelowania interakcji między pyłem i atmosferą. Wtargnięcia pyłu mineralnego z pustyni, które dotknęły szerszego basenu Morza Śródziemnego w latach 2000 – 2013, zostały zidentyfikowane przy pomocy obiektywnego i dynamicznego algorytmu przetwarzającego dane satelitarne, natomiast do ich opisu w płaszczyźnie pionowej wykorzystano profile pomiarów satelitarnych wykonywanych przy użyciu technologii LIDAR. Skuteczność algorytmu sprawdzono poprzez porównanie jego danych wyjściowych z pomiarami AERONET i powierzchniowymi stężeniami PM10. Jeżeli chodzi o długoterminowy rozkład geograficzny, uczeni ustalili, że częstość wtargnięć pyłu zmniejsza się na linii południe-północ. Epizody silnych wtargnięć pyłu mają miejsce częściej w zachodniej części Morza Śródziemnego (10 epizodów w roku 1.), natomiast zjawiska ekstremalne zachodzą częściej w obszarze centralnym (3,3 epizodu w roku 1.). Niepodobne do siebie wzorce przestrzenne dotyczące częstotliwości są widoczne w przypadku natężenia, które osiąga maksymalny poziom w centralnej i wschodniej części badanego regionu. Uczeni ustalili, że w subregionach Morza Śródziemnego wysokość podstawy warstwy pyłu zmniejszała się z 2 km do 0,5 km, idąc z zachodu na wschód, co wynika z lokalnej topografii i konwekcji cieplnej. Górne warstwy pyłu rejestrowane są na średniej wysokości do 6 km, a cząstki pyłu są obserwowane w bardzo małych stężeniach najczęściej do wysokości 8 km. Na podstawie wyników analiz przy pomocy algorytmu przetwarzającego dane satelitarne wybrano 20 intensywnych i rozległych wtargnięć pyłu w oparciu o obiektywne kryteria. Dla tych przypadków, przy pomocy krótkoterminowych (84 godziny) symulacji numerycznych modelu NMMB/BSC-Dust badane są bezpośrednie efekty radiacyjne (DRE) pyłu dla dziedziny obejmującej Saharę i większą część Europy. W warunkach wtargnięcia pyłu, cząstki mineralne wywołują silne perturbacje w bilansie radiacyjnym systemu Ziemi i atmosfery. Ze względu na oddziaływania między pyłem i radiacją cząstki mineralne obniżają temperaturę na wysokości 2 metrów o nawet 4 K, strumienie ciepła jawnego o nawet 150 Wm-2 oraz strumienie ciepła utajonego o nawet 100 Wm-2, w godzinach południowych. W porze nocnej występują odwrotne zjawiska o mniejszym nasileniu. Pionowy rozkład warstw pyłu ma kluczowe znaczenie dla sposobu, w jaki cząstki pyłu mineralnego zmieniają wertykalne profile temperatur, co z kolei ma wpływ na dynamikę atmosfery. Kiedy wprowadzimy efekty radiacyjne związane z pyłem do symulacji numerycznych, regionalna głębokość optyczna aerozoli pyłu przy 550 nm oraz całkowita ilość emitowanego pyłu zmniejszają się o odpowiednio 7% i 20%, co wskazuje na negatywne sprzężenie zwrotne dla obu parametrów. Wreszcie, dzięki uwzględnieniu oddziaływań między pyłem i radiacją zwiększyły się zdolności prognostyczne modelu NMMB/BSC-Dust, związane z przedstawianiem radiacji skierowanej w dół na powierzchni, a także pól temperatury. Dane i ustalenia będące owocem badań prowadzonych w ramach projektu MDRAF przyczynią się do lepszego zrozumienia wpływu pyłu mineralnego na lokalne i regionalne systemy pogodowe. Dzięki nim uczeni będą mogli udoskonalić modele pogody i klimatu.
Słowa kluczowe
Pogoda, Morze Śródziemne, wtargnięcia pyłu, radiacja, satelity, dynamika atmosfery, MDRAF
