Επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας της Μεσογείου

Abstract

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η επίδραση των αερολυμάτων στο ισοζύγιο της ηλιακής ακτινοβολίας στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της μεσογείου με τη χρήση ενός φασματικού μοντέλου διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας για την περίοδο από το Μάρτιο του 2000 έως το Φεβρουάριο του 2007. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ολοκληρωμένη μελέτη, πλήρους γεωγραφικής κάλυψης, των ιδιοτήτων των αερολυμάτων, κάνοντας χρήσης φασματικών δορυφορικών δεδομένων από το όργανο MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) της NASA. Η μελέτη περιλαμβάνει και την αξιολόγηση των δορυφορικών δεδομένων του MODIS μέσω της σύγκρισης με επίγειες μετρήσεις από το δίκτυο του AERONET. Στην συνέχεια με την χρήση φασματικού μοντέλου διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας στη ατμόσφαιρα, υπολογίζονται οι ροές ακτινοβολίας και η επίδραση των αερολυμάτων σε αυτές, για την κορυφή της ατμόσφαιρας, μέσα στην ατμόσφαιρα καιστην επιφάνεια της Γης. Για πρώτη φορά στο μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας έγινε χρήση ρεαλιστικών φασματικών δεδομένων αερολυμάτων από το MODIS. Αποδείχτηκε ότι η ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μεσογείου αποτελεί ένα από τα σημεία του πλανήτη με το μεγαλύτερο φορτίο αερολυμάτων. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε ότι η μέση περιοχική ετήσια τιμή του οπτικού βάθους αερολυμάτων (AOD) στα 550nm είναι ίση με 0.22±0.07. Εμφανίζονται μεγάλες τιμές AOD στην ανατολική Μεσόγειο κατά τη διάρκεια του χειμώνα και της άνοιξης, στη δυτική Μεσόγειο κατά το θέρος και στην κεντρική Μεσόγειο κατά το φθινόπωρο. Αποκαλύπτετε η μεγάλη επίδραση που ασκεί η μεταφορά αερολυμάτων ερημικής σκόνης από τη Β. Αφρική και μέση Ανατολή, κυρίως κατά την περίοδο της Άνοιξης. Εμφανίστηκε γραμμική τάση μείωσης, του φορτίου των αερολυμάτων στην περιοχή, ίση με -20.2% (περίοδος 2000-2006). Η γενική αυτή μείωση του φορτίου των αερολυμάτων εντοπίζεται κυρίως στα δυτικά τμήματα της Ιβηρικής, της Ιταλικής και της Βαλκανικής χερσονήσου, όπως επίσης και στα νότια της χερσονήσου της Ανατολίας. Αποδείχτηκε ότι η βροχή αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες απομάκρυνσης των αερολυμάτων από την ατμόσφαιρα της περιοχής μελέτης, καθώς και ότι η βροχή ήταν ο βασικότερος παράγοντας της μέιωσης του φορτίου των αερολυμάτων στην περιοχή κατά την περίοδο 2000-2006. Βρέθηκε επίσης, αρκετά καλή συσχέτιση μεταξύ του AOD και της κύμανσης του Βορείου Ατλαντικού (ΝΑΟ) για την περίοδο μελέτης. Πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των δεδομένων του AOD των δύο σειρών (collection 4, collection 5) του MODIS, μέσω της σύγκρισης με επίγειες μετρήσεις από το δίκτυο του AERONET, αλλά και μέσω μεταξύ τους συγκρίσεως. Αρχικά, βρέθηκαν μεγάλες διαφορές (έως και 45%) μεταξύ των δύο σειρών δεδομένων κυρίως πάνω από την ξηρά. Η μέση περιοχική τιμή του ΑΟD (collection C005), υπολογίστηκε ίση με 0.22±0.18, μειωμένη κατά 23% σε σχέση με την αντίστοιχη τιμή (0.27±0.21) του collection 4. Τέλος, προκύπτει ότι η σειρά 4 υπερεκτιμά γενικά το φορτίο των αερολυμάτων, έναντι των επίγειων μετρήσεων, με την μέση υπερεκτίμηση να είναι ίση με 28%, ενώ η σειρά 5 σχεδόν ταυτίζεται με τις επίγειες μετρήσεις. Επίσης, υπάρχει καλύτερη συμφωνία μεταξύ του MODIS C005 και του AERONET (R=0.77), έναντι του MODIS C004 και του AERONET (R=0.66). Οι υπολογισμοί της άμεσης επίδρασης των αερολυμάτων στην περιοχή έδειξαν ότι τα αερολύματα προκαλούν γενικά ψύξη του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας λόγω ανάκλασης της ηλιακής ακτινοβολίας στο διάστημα, η οποία φθάνει ως και τα 7 Wm⁻² σε τοπικό επίπεδο. Για το σύνολο της περιοχής μελέτης, η μέση ετήσια τιμή της επίδρασης των αερολυμάτων στην ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας (DRETOA) είναι ίση με -2.2±0.3 Wm⁻² (πλανητική ψύξη πάνω από την περιοχή μελέτης). Ωστόσο, διαπιστώθηκε επίσης, θέρμανση του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας πάνω από περιοχές της βόρειας Αφρικής και της Μέση Ανατολής αλλά και πάνω από την περιοχή των Άλπεων (ίση με 0.5 Wm⁻² σε μέση ετήσια βάση). Υπολογίσθηκε μια σημαντική μείωση του μεγέθους της επίδρασης (ψύξης) των αερολυμάτων στην ηλιακή ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας, η οποία έλαβε χώρα κατά το χρονικό διάστημα 2000-2007, ίση με 0.9 Wm⁻², η οποία αντιστοιχεί σε μια τάση θέρμανσης της περιοχής μελέτης. Αντίστοιχα τα αερολύματα προκαλούν σημαντική θέρμανση της ατμόσφαιρας πάνω από την ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μεσογείου. Η μέση ετήσια περιοχική τιμή της επίδρασης των αερολυμάτων στην απορροφημένη ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα (DREatm) βρέθηκε ότι είναι ίση με 10.9±0.7 Wm⁻². Η θέρμανση αυτή σε περιοχές όπως στη Βόρεια Αφρική και τη Μέση Ανατολή είναι πολύ ισχυρή φθάνοντας κατά τόπους και τα 82 Wm⁻². Διαπιστώθηκε επίσης, σημαντική μείωση της επίδρασης των αερολυμάτων στην απορροφώμενη ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα (DREatm) για την περίοδο 2000-2007 ίση με 4 Wm⁻² (μείωση της θέρμανσης ), με εξαίρεση τη χειμερινή περίοδο, κατά την οποία παρατηρήθηκε αύξηση των τιμών DREatm (περεταίρω θέρμανση της ατμόσφαιρας λόγω σωματιδιακής απορρόφησης) ίση με 5.6%. Τέλος, τα αερολύματα προκαλούν σημαντική ψύξη στην επιφάνεια της περιοχής μελέτης, όπου σε μέση ετήσια βάση, η τιμή της επίδρασης των αερολυμάτων (DREsurf) υπολογίσθηκε ίση με - 16.1±1.0 Wm⁻². Η ψύξη φτάνει και τα 88 Wm⁻² σε ορισμένες περιοχές (Βόρεια Αφρική και στη Μέση Ανατολή). Η επιφανειακή ψύξη, που προκαλεί η παρουσία των αερολυμάτων, στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μεσογείου, ελαττώθηκε κατά το διάστημα 2000-2007 κατά 35.9%, γεγονός το οποίο αντιστοιχεί σε μια τάση θέρμανσης της επιφάνειας της περιοχής μελέτης.