Ilmastomallin kyky ennustaa pienhiukkaspitoisuuksia ja eroavaisuuksien selittävät tekijät

Tässä työssä tutkitaan, kuinka hyvin ilmastomalli ennustaa pienhiukkasten lukumääräpitoisuuksia ja etsitään syitä pitoisuuksien väärinarvioinnille. Työ on toteutettu vertailemalla aerosoli-ilmastomalli ECHAM-HAM:lla mallinnettuja hiukkaspitoisuuksia 31 eri paikassa ympäri maailmaa mitattuihin hiukkaspitoisuuksiin. Mallista on hyödynnetty kolmea eri versiota, jotka poikkeavat toisistaan siinä, miten aerosolihiukkasten kokojakaumaa ja antropogeenisiä päästöjä kuvataan. Lukumääräpitoisuuksien eroja on tarkasteltu eri kokoluokissa ja eri vuodenaikoina. Työssä on keskitytty erityisesti hiukkasiin, joiden halkaisijat ovat yli 50 tai 100 nm, sillä nämä ovat ilmaston kannalta erityisen mielenkiintoisia kokoja. Lisäksi työssä on tutkittu hiukkasten kemiallisen koostumuksen ja antropogeenisten päästöjen vaikutusta päästöjen ennustamiseen. Hyytiälän mittausasemalle on tehty työssä myös tarkempi analyysi, jossa yhtä malliajoista vertaillaan hiukkasten mitattuun kemialliseen koostumukseen ja hiukkasten halkaisijoitten kasvunopeuksiin. Työssä havaittiin, että mallin kyky arvioida hiukkaspitoisuuksia riippuu paljon käytetystä malliajosta. Käytettäessä hiukkasten kokojakauman kuvaamiseen sektionaalista SALSA-modulia pitoisuuksia yliarvioidaan usein, mutta pitoisuudet olivat keskimäärin lähempänä mittauksia kuin muilla malliajoilla. Modaalisella M7-modulilla hiukkaspitoisuuksia aliarvioitiin lähes kaikille paikoille selvästi. Aliarviointi oli pahinta syrjäisille pohjoisille paikoille. Sekä tästä että kemiallisen koostumuksen vertailusta voidaan päätellä, että antropogeeniset päästöt dominoivat mallissa hiukkaspitoisuuksia liikaa syrjäisillä mittauspaikoilla eikä biogeenisistä lähteistä tulevia uusia hiukkasia muodostu ja kasva yhtä paljon kuin todellisuudessa. Talvisaikaan pitoisuuksien aliarviointia selittää myös se, että mallin antropogeeniset päästöt ovat vakioita ympäri vuoden eikä esimerkiksi lämmityspäästöjen nousua talvella huomioida. Vertailtaessa kaikkien paikkojen lukumääräbiaksia antropogeenisiin päästöihin nähtiin, että pitoisuuksia aliarvioidaan enemmän silloin, kun antropogeeniset päästöt ovat matalia ja yliarvioidaan enemmän silloin, kun antropogeeniset päästöt ovat korkeita. Tämä vahvistaa havaintoa siitä, että antropogeeniset päästöt dominoivat hiukkaspitoisuuksia liikaa. Toinen mielenkiintoinen asia, joka tässä tarkastelussa havaittiin, on se, että kun antropogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt ovat korkeita suhteessa mustan hiilen päästöihin, hiukkaspitoisuuksia aliarvioidaan enemmän kuin jos näiden päästöjen suhde on matala. Näiden yhdisteiden huomiotta jättäminen hiukkasmuodostuksessa saattaa siis olla yksi pitoisuuksien aliarviontia selittävä tekijä. Tulevaisuudessa analyysiä olisi hyvä jatkaa muun muassa tekemällä tarkempi analyysi Hyytiälän lisäksi myös muille mittauspaikoille. Samalla tarkemmassa analyysissä kannattaisi hyödyntää kaikkia malliajoja. Jotta analyysi voidaan tehdä tarkemmalla tasolla, malli- ja mittausdataa pitäisi olla saatavilla samoilta vuosilta. Vertailun hyödyn maksimoimiseksi käytettyjen mittauspaikkojen pitäisi edustaa ympäristöään hyvin ja hiukkasten kokojakaumaa kannattaisi mitata mahdollisimman laajalla kokovälillä vähintään vuoden ajan. Malleja puolestaan pitäisi ajaa mukautetulla meteorologialla vuosille, joilta mittausdataa on saatavilla.

Grantor dc:publisher

Helsingin yliopisto

Year dc:date.issued

2018

Author dc:creator

• Peltola, Maija

Contributors dc:contributor

• Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Fysiikan laitos
• University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics
• Helsingfors universitet, Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik

Language dc:language.iso

fin

Identifier URI

URN:NBN:fi-fe201804208603

OAI identifier oai:identifier

oai:helda.helsinki.fi:10138/273581