Cuantificación de los efectos del estado de mezcla de la simulación en las propiedades ópticas de los aerosoles

Las partículas en la atmósfera afectan el clima global. Por ejemplo, el carbono negro de la quema de combustibles fósiles absorbe y emite luz y calor. Para calcular los efectos de los aerosoles en el clima, los científicos se basan en campos de aerosoles simulados. La forma en que estos modelos representan el estado de mezcla de los aerosoles introduce potencialmente grandes incertidumbres en los cálculos climáticos. De hecho, las propiedades ópticas de los aerosoles simulados (cómo las partículas absorben y dispersan la luz) son sensibles al estado de mezcla. El estado de mezcla se refiere a cómo se distribuyen varias propiedades entre las partículas en el aire.

En un nuevo estudio publicado en Química y física de la atmósfera., los investigadores cuantificaron sistemáticamente el efecto del estado de mezcla de los aerosoles sobre las propiedades ópticas de los aerosoles. Para hacer esto, utilizaron un conjunto de 1.800 poblaciones de aerosoles de diferentes simulaciones resueltas con partículas. Estas simulaciones complejas operan a escala de partículas individuales.

El estudio de los impactos del estado de mezcla de los aerosoles en las propiedades ópticas de los aerosoles es importante tanto para el modelado como para los estudios experimentales. Este nuevo artículo aborda este tema usando simulaciones resueltas con partículas como referencia. Aplica este punto de referencia para determinar el error en las propiedades ópticas cuando utiliza representaciones simplificadas de aerosoles. Estas representaciones simplificadas son comunes en los modelos de aerosoles avanzados. Los investigadores han desentrañado las causas de los sesgos en la predicción de las propiedades ópticas que se introducen al suponer que las partículas se mezclan en recipientes de tamaño prescrito. Algunos de estos errores son lo suficientemente grandes como para justificar la precaución al calcular cómo las partículas afectan directamente el clima.

Como parte del estudio, un equipo de investigación cuantificó sistemáticamente los errores introducidos por las suposiciones de mezcla interna utilizadas en los modelos de aerosol de sección transversal. La suposición de mezcla interna generalmente conduce a una sobreestimación de los coeficientes de absorción de volumen ya una subestimación de los coeficientes de difusión de volumen. Los errores relativos para ϵ(βabs) y ϵ(βscat) alcanzaron 70% y -32% respectivamente. La sobreestimación de la absorción y la subestimación de la dispersión dieron como resultado una subestimación constante del albedo de dispersión simple, con errores de hasta -22,3 % y errores medios de -0,9 %. El error relativo en el coeficiente de absorción de volumen ϵ(βabs) mostró un patrón similar para 50% y 90% de humedad relativa en comparación con el ambiente seco. El error relativo en el coeficiente de difusión de volumen ϵ (βscat) disminuyó a una humedad relativa más alta debido a la sección transversal de difusión mejorada por crecimiento higroscópico.

El equipo incluyó investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, la Agencia Meteorológica de Japón, el Instituto Nacional de Investigación Polar de Japón, el Instituto Japonés para la Investigación de la Humanidad y la Naturaleza y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica.