1991 – Stratosfærisk welsbach seeding for reduksjon av global oppvarming

«Partikler kan sees ved spredning fra seeding-fly; en eksemplarisk teknikk kan være via jetdrivstoffet som foreslått av tidligere arbeid angående metallpartiklene. Når de bittesmå partiklene har blitt spredt ut i atmosfæren, kan partiklene forbli i suspensjon i opptil ett år.» [1]

1.Chang, David B. og I-Fu Shih. “Stratosfærisk welsbach seeding for reduksjon av global oppvarming.” US patent nr. US5003186A. Raytheon Co (1991).
https://patents.google.com/patent/US5003186A2.Curtius, J., et al. “Første direkte svovelsyredeteksjon i eksosfjæren til et jetfly på flukt.” Geophysical Research Letters 25.6 (1998): 923-926.
https://doi.org/10.1029/98GL005123.Schumann, Ulrich, et al. “Påvirkning av drivstoffsvovel på sammensetningen av flyeksosplymer: Eksperimentene SVOVEL 1–7.” Journal of Geophysical Research: Atmospheres 107.D15 (2002): AAC-2.
https://doi.org/10.1029/2001JD0008134.Crutzen, Paul J. “Albedo-forbedring ved stratosfæriske svovelinjeksjoner: Et bidrag til å løse et politisk dilemma?” Klimaendringer 77,3 (2006): 211-220.
https://doi.org/10.1007/s10584-006-9101-y5.Cotton, William R. “Vær- og klimateknikk.” Sesjon 1, New Mitigation Strategies to Combat Global Warming, 17th Conference on Planned and Inadvertent Weather Modification, American Meteorological Society (2008).
https://ams.confex.com/ams/17WModWMA/techprogram/paper_139449.htm6.Mitchell, David L. og William Finnegan. “Modifisering av cirrusskyer for å redusere global oppvarming.” Environmental Research Letters 4.4 (2009): 045102.
https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/4/0451027.Robock, Alan, et al. “Fordeler, risikoer og kostnader ved stratosfærisk geoengineering.” Geofysiske forskningsbrev 36.19 (2009).
https://doi.org/10.1029/2009GL0392098.Pierce, Jeffrey R., et al. “Effektiv dannelse av stratosfærisk aerosol for klimateknikk ved utslipp av kondenserbar damp fra fly.” Geofysiske forskningsbrev 37.18 (2010).
https://doi.org/10.1029/2010GL0439759.Laakso, Anton, et al. “Stratosfæriske passasjerflyvninger er sannsynligvis en ineffektiv geoingeniørstrategi.” Environmental Research Letters 7.3 (2012): 034021.
https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/3/03402110.Richard H. Moore et al. “In-Situ-målinger av Contrail-egenskaper målt under 2013-2014 ACCESS-prosjektet.” 14. konferanse om skyfysikk (2014).
https://ams.confex.com/ams/14CLOUD14ATRAD/webprogram/Paper250908.html11.“Forskere ser på geoengineering-muligheter.” Akademiet i Finland (2015).
http://web.archive.org/web/20150314161010/http://www.aka.fi/en-GB/A/Programmes-and-cooperation/Academy-programmes/Etusivun-elementit/Researchers-look-into- geoengineering-muligheter/12.Partanen, Antti-Ilari, et al. “Å studere geoingeniør med en klimamodell, COOL.” Finlands Akademis forskningsprogram om klimaendringer (FICCA) (2015).
http://web.archive.org/web/20150314160918/http://www.apropos.fi/Tiedostot/Tiedostot/FICCA/FICCA%2016.04.2013/Posters/FICCA_poster_Partanen_COOL.pdf1. 3.Kapadia, Zarashpe Z., et al. “Konsekvenser av svovelinnhold i flydrivstoff på klima og menneskers helse.” Atmosfærisk kjemi og fysikk 16.16 (2016): 10521-10541.
https://doi.org/10.5194/acp-16-10521-201614.Schwarze, Malte og Andreas Westenberger. “Kontrollenhet og metode for å kontrollere forsyningen av et kjøretøy med flere drivstoff.” US patent nr. US8430360B2. Airbus Operations GmbH (2013).
https://patents.google.com/patent/US8430360B215.Swann, Peter. “Brennstoffleveringssystem.” US patent nr. US8849541B2. Rolls Royce PLC (2014).
https://patents.google.com/patent/US8849541B216.Swann, Peter. “Drivstoffsystem.” US patent nr. US9518965B2. Rolls Royce PLC (2016).
https://patents.google.com/patent/US9518965B217.Keith, David W. “Fotoforetisk levitasjon av konstruerte aerosoler for geoengineering.” Proceedings of the National Academy of Sciences 107.38 (2010): 16428-16431.
https://doi.org/10.1073/pnas.100951910718.Koshy, Jacob. “Fly kan påvirke ozonlaget.” Hinduen (2017).
https://www.thehindu.com/sci-tech/energy-and-environment/aeroplanes-may-be-affecting-ozone-monsoon/article19498497.ece19.Govardhan, Gaurav, et al. “Mulige klimatiske implikasjoner av svart karbonutslipp i høye høyder.” Atmosfærisk kjemi og fysikk 17.15 (2017): 9623-9644.
https://doi.org/10.5194/acp-17-9623-2017

 ØDELAGTE LENKER

Hvis noen av koblingene ovenfor ikke fungerer, kopier URL-en og lim den inn i skjemaet nedenfor for å sjekke Wayback Machine for en arkivert versjon av den nettsiden.SENDE INN

1998 – Første direkte deteksjon av svovelsyre i eksosfjæren til et jetfly under flyvning

“Direkte påvisning av total svovelsyre (SA) er oppnådd for første gang i skyen til et jetfly under flyging. Målingene viser de samme SA-signaturene for tilfellet da SA ble sprøytet direkte inn i eksosstrålen og tilfellet da svovel ble tilført motoren med drivstoffet. 

2.Curtius, J., et al. “Første direkte svovelsyredeteksjon i eksosfjæren til et jetfly på flukt.” Geophysical Research Letters 25.6 (1998): 923-926.
https://doi.org/10.1029/98GL00512

Første direkte deteksjon av svovelsyre i eksosfjæren til et jetfly under flyging

J. Curtius,B. Sierrau,F. Arnold,R. Baumann,R. Busen,P. Schulte,U. SchumannFørst publisert: 15. mars 1998 https://doi.org/10.1029/98GL00512Sitater: 39PDFVERKTØYDELE

Abstrakt

Svovelsyre (SA) ble for første gang påvist direkte i eksosflommen til et jetfly under flyvning. Målingene ble gjort av et nytt flybasert VACA-instrument (Volatile Aerosol Component Analyzer) fra MPI-K Heidelberg mens forskningsflyet Falcon jaget et annet forskningsfly ATTAS. VACA måler den totale SA i gassen og i flyktige submikron aerosolpartikler. Under jakten brente motorene til ATTAS vekselvis svovelfattig og svovelrik drivstoff. I den svovelrike skyen ble det observert svært markerte forbedringer av total SA på opptil 1300 pptv som var nært korrelert med ΔCO ₂og ΔT og var langt over det lokale atmosfæriske bakgrunnsnivået på typisk 15–50 pptv. Våre observasjoner indikerer en nedre grense for virkningsgraden ε for drivstoff-svovelkonvertering til SA på 0,34 %.

2002 – Innflytelse av drivstoffsvovel på sammensetningen av eksosfjær fra fly: Eksperimentene SULFUR 1–7

“En serie eksperimenter (SOLVEL 1–7, forkortet som S1–S7) ble utført i årene fra 1994 til 1999 for å bestemme partikkel- og kontraildannelsesegenskapene til flyeksosplymer for ulikt svovelinnhold (FSC) og atmosfærisk drivstoff. forhold. Denne artikkelen beskriver serien med eksperimenter og oppsummerer resultatene som er oppnådd. Spesielt diskuterer papiret utviklingen av vår forståelse av partikkeldannelse og sammentrekk som er oppnådd i løpet av disse og relaterte eksperimenter.” [3]

Schumann, Ulrich, et al. “Påvirkning av drivstoffsvovel på sammensetningen av flyeksosplymer: Eksperimentene SVOVEL 1–7.” Journal of Geophysical Research: Atmospheres 107.D15 (2002): AAC-2.
https://doi.org/10.1029/2001JD000813

Påvirkning av drivstoffsvovel på sammensetningen av flyeksosplymer: Eksperimentene SVOV 1–7

U. Schumann,F. Arnold,R. Busen,J. Curtius,B. Kärcher,A. Kiendler,A. Petzold,H. Schlager,F. Schröder,K.-H. WohlfromFørst publisert: 6. august 2002 https://doi.org/10.1029/2001JD000813Sitater: 79SEKSJONERPDFVERKTØYDELE

Abstrakt

[1] Serien med SVAVEL-eksperimenter ble utført for å bestemme egenskapene til aerosolpartikkel- og kontraildannelse til flyeksosplymer for forskjellige svovelinnhold (FSC, fra 2 til 5500 μg/g), flyforhold og fly (ATTAS, A310, A340, B707 , B747, B737, DC8, DC10). Denne artikkelen beskriver eksperimentene og oppsummerer resultatene som er oppnådd, inkludert nye resultater fra SVOVEL 7. Konverteringsfraksjonen ε av brennstoffsvovel til svovelsyre er målt i området 0,34 til 4,5 % for en eldre (Mk501) og 3,3 ± 1,8 % for en moderne motor (CFM56-3B1). For lav FSC er ε betydelig mindre enn det som antydes av volumet av flyktige partikler i eksosen. For FSC ≥ 100 μg/g og ε som målt, er svovelsyre den viktigste forløperen til flyktige aerosoler som dannes i flyeksosplymer fra moderne motorer. Aerosolen målt i skyene til forskjellige fly og modeller antyder at ε varierer mellom 0,5 og 10 % avhengig av motoren og dens driftstilstand. Antall partikler som slippes ut fra forskjellige subsoniske flymotorer eller dannes i eksosflommen per masseenhet brent drivstoff varierer fra 2 × 10¹⁴ til 3 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹ for ikke-flyktige partikler (hovedsakelig svart karbon eller sot) og er i størrelsesorden 2 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ for flyktige partikler > 1,5 nm ved plumalder på noen få sekunder. Kjemiioner (CI) dannet ved parafinforbrenning er funnet å være ganske rikelig og massive. CI inneholder svovelholdige molekyler og organisk materiale. Konsentrasjonen av CI ved motorutgang er nesten 10 ⁹ cm ⁻³. Positive og negative CI-er finnes med masser som delvis overstiger 8500 atommasseenheter. Det målte antallet flyktige partikler kan ikke forklares med binær homogen kjernedannelsesteori, men er sterkt relatert til antall CI. Antallet ispartikler i unge kontrailer er nær antall sotpartikler ved lav FSC og øker med økende FSC. Endringer i sotpartikler og FSC har liten innvirkning på terskeltemperaturen for spiraldannelse (mindre enn 0,4 K).

1. Introduksjon

[2] En serie eksperimenter (SVOLVEL 1–7, forkortet til S1–S7) ble utført i årene fra 1994 til 1999 for å bestemme partikkel- og kontraformasjonsegenskapene til flyeksosplymer for ulikt svovelinnhold (FSC) og atmosfæriske forhold. Denne artikkelen beskriver serien med eksperimenter og oppsummerer resultatene som er oppnådd. Spesielt diskuterer oppgaven utviklingen av vår forståelse av partikkeldannelse og sammentrekk som er oppnådd i løpet av disse og relaterte eksperimenter.

[3] Partikkel- og spiraldannelse i eksosfjær fra fly som funksjon av FSC er av betydning for luftsammensetning og klima [ Brasseur et al. , 1998 ; Fahey et al. , 1999 ; Schumann et al. , 2001 ]. Før det første SOLVEL-eksperimentet i 1994 ble det antatt at svovelsyre i eksosfjær fra fly spiller en sterk rolle med hensyn til antall flyktige partikler som dannes fra fly, “aktivering” av sotpartikler som skykondensasjonskjerner, og muligens “passivering” av sot for heterogen kjemi. Disse effektene er viktige for spiraldannelse og luftsammensetning med mulig påvirkning på aerosoler, uklarhet og klima [ Turco et al. , 1980 ;Hofmann , 1991 ; Reiner og Arnold , 1993 ; Schumann , 1994 ; Arnold et al. , 1994 ]. I unge eksosplummer ble mange små kondensasjonskjerner (CN) målt, men ved ikke-typiske omgivelsesforhold (2600 m høyde, 11°C) [ Pitchford et al. , 1991 ]. Det ble registrert at sotpartikler hydratiserte når de ble dannet fra drivstoff med høyt svovelinnhold, men hydraterer ikke ellers [ Hallett et al. , 1990 ; Whitefield et al. , 1993 ]. Det ble antatt at det meste av brennstoffsvovelet forbrennes til svoveldioksid (SO₂) i forbrenningskammeret til motoren. En fraksjon oksideres ved reaksjoner med co-emitterte hydroksylradikaler (OH) og vann til S ^VI i form av svoveltrioksid (SO ₃ ) og svovelsyre (H ₂ SO ₄ ) [ Miake-Lye et al. , 1993 ; Reiner og Arnold , 1993 , 1994 ; Kolb et al. , 1994 ]. Svovelsyren ble antatt å danne flytende flyktige partikler ved binær homogen kjernedannelse [ Hofmann og Rosen , 1978 ], for å interagere med sot [ Zhao og Turco , 1995 ], og å påvirke dannelsen av kontrail [ Kärcher et al. , 1995]. Standard utslippsmålinger for flymotorer gir røyktallet (et mål for optisk sverting av et filter utsatt for et gitt volum av eksosgasser), som med noen antakelser kan konverteres til sotmasseutslipp [ Petzold et al. , 1999 ], men lite var kjent om antall, størrelser og hydreringsegenskaper til flysot fra cruisefly [ Pitchford et al. , 1991 ]. Målinger på bakken bak en jetmotor av Frenzel og Arnold [1994] viste at flymotorer avgir kjemiioner (CI) dannet av radikal-radikale reaksjoner under forbrenningsprosessen og indikerte tilstedeværelsen av gassformig H ₂ SO ₄. De konkluderte med en konverteringsfraksjon ε av brennstoffsvovel til svovelsyre på mer enn 0,4%, antydet at atomær oksygen som dannes under forbrenningen kan bidra til å oksidere svoveldioksid i tillegg til OH, og foreslo at CI kan fungere som kondensasjonskjerner for partikkeldannelse.

[4] I oktober 1994 avslørte partikkelmålinger i eksosfjæren til et Concorde supersonisk fly med det stratosfæriske forskningsflyet ER-2 langt større antall konsentrasjoner av små partikler i flyeksosplymer enn forventet før [ Fahey et al. , 1995 ]. Emisjonsindeksen for ikke-flyktige partikler ble utledet fra målinger med en kondensasjonspartikkelteller (CPC) [ Wilson et al. , 1983 ] i løpet av tre korte (<20 s) plumpenetrasjoner med betydelig CO ₂konsentrasjonsøkninger definerer fortynning ved fjærealder på 16–58 min. For å unngå metningseffekter ble forholdet mellom total og ikke-flyktig partikkelkonsentrasjon avledet fra svakere plumhendelser. Fra dataene ble mengden svovelsyre dannet i eksosen estimert ved å anta at de flyktige partiklene var sammensatt av svovelsyre og vann, og at den forventede grensestørrelsen (~9 nm) til CPC-ene var nær volummiddeldiameteren til partikler. På denne måten ble en veldig stor konverteringsfraksjon ε utledet, større enn 12 %, muligens over 45 %. Konverteringsfraksjonen spådd av modeller som antok nullkonvertering ved motorutgang var i størrelsesorden 1 % [ Miake-Lye et al. , 1994 ; se også Kärcher et al. , 1995 , 1996a ;Brown et al. , 1996a ; Tremmel et al. , 1998 ]. Samtidige målinger av OH dannet i plymen antydet at mindre enn 2 % av SO₂oksideres av OH via gassfasereaksjoner i Concorde-plommen [ Hanisco et al. , 1997 ]. Nye modeller ble satt opp for å beregne svoveloksidasjonen i motorforbrennere og turbiner [ Brown et al. , 1996b ]. Modellene foreslo ε-verdier på opptil 10 % for Concorde-motoren. Større verdier kunne ikke utelukkes med tanke på noen målinger bak konvensjonelle gassturbiner [ Hunter , 1982 ; Harris , 1990 ; Farago , 1991 ].

[5] Store konverteringsfraksjoner vil ha viktige konsekvenser for flyets innvirkning på luftkjemi [ Weisenstein et al. , 1996 ] og om kontraildannelse [ Miake-Lye et al. , 1994 ; Kärcher et al. , 1996b ]. Det klassiske kriteriet [ Appleman , 1953 ] innebærer dannelse av spiraler når skyen når flytende metning. Selv for en beskjeden mengde drivstoffsvovel til svovelsyre-omdannelse, ble svært store antall tettheter av svovelsyredråper beregnet (mer enn 10 ¹¹ cm ^-3 for 0,6 % konverteringsfraksjon [ Miake-Lye et al. , 1994]). Med en høy mengde sot og svovelsyre i eksosfjæren, ble det tenkt mulig at det dannes kontrailer allerede når man når ismetning, dvs. ved ca. 3 til 4 K (øker med høyden) høyere omgivelsestemperatur enn ved flytende metning, som kan utvide det atmosfæriske området der det dannes kontrailer betraktelig [ Miake-Lye et al. , 1993 ; Schumann , 1996a ].

[6] Derfor var temaet av stor interesse med mange åpne spørsmål: Hvor mange sotpartikler dannes per masseenhet brent brensel og hvor store er disse sotpartiklene? Hvor stor er omdannelsesfraksjonen ε av svovel til svovelsyre? Hvor mange CI-er sendes ut og hvor viktige er CI-er for partikkeldannelse? Hvor mange flyktige partikler dannes per masse brent drivstoff? Hva er virkningen av svovel i drivstoffet på dannelsen av sprosser? Hvor viktig er FSC for dannelse av flyktige aerosol, sotaktivering og iskrystalldannelse?

[7] Derfor ble serien med SVAVEL-eksperimenter igangsatt i desember 1994. Nye spørsmål som dukket opp fra resultatene av de tidligere eksperimentene og nye instrumentutviklinger førte til serien av eksperimenter som skal beskrives i denne artikkelen. Mange av resultatene fra de individuelle eksperimentene har blitt publisert kort tid etter eksperimentene av forskjellige forfattergrupper, og disse papirene vil bli sitert nedenfor, men ingen av dem gir en fullstendig redegjørelse for serien av eksperimenter som er utført så langt. Denne artikkelen gir en oversikt over de eksperimentelle forholdene og resultatene, og den beskriver rekkefølgen av forståelse oppnådd under utviklingen av forskningen på dette feltet. Diskusjonen inkluderer resultater fra relaterte målinger utført av vår gruppe i prosjektene Pollution From Aircraft Emissions in the North Atlantic Flight Corridor (POLINAT) [Schumann et al. , 2000a ] med plummålinger bak flere fly inkludert NASA DC8 [ Thompson et al. , 2000 ]. Også inkludert er resultater fra NASA Subsonic Aircraft Contrail and Cloud Effects Special Study (SUCCESS) [ Toon and Miake-Lye , 1998 ] og en serie subsonic Assessment Near-Field Interactions Field Experiments (SNIF, I–III) [ Hunton et al. . , 2000 ]. Dessuten rapporterer vi resultater oppnådd på bakken innenfor denne serien av eksperimenter og innenfor relaterte prosjekter, inkludert modellering utført under Chemistry and Microphysics of Contrail Formation (CHEMICON) prosjektet [ Gleitsmann og Zellner , 1999 ; Tremmel og Schumann, 1999 ; Sorokin og Mirabel , 2001 ; Starik et al. , 2002 ]. I tillegg rapporteres nye data fra det siste SULFUR 7-eksperimentet.

2. Eksperimenter

[8] Serien med SVAVEL-eksperimenter, se tabell 1 , ble initiert av Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Physik der Atmosphäre (DLR, IPA), og utført i nært samarbeid med partnere, spesielt med Max-Planck- Institut für Kernphysik (MPIK), Heidelberg, for å undersøke partikkeldannelse fra forskjellige fly, som brenner drivstoff med forskjellige FSC-er under samme flytur. Forsøkene S1–S7 inkluderte 10 flyginger med målinger i den unge eksosfjæren til forskjellige fly ved separasjonsavstander varierende fra 25 m til ca. 5 km (fjæren alderen 0,15–30 s, se for eksempel figur 1a ), og målinger på bakken i løpet av S3 til S6. Målingene innvendig og utvendig av flyplumer er utført om bord på Falcon-flyet til DLR, seFigur 1b . Bakkeeksperimenter ble utført for å måle partikler og partikkelforløpere nær jetmotorens utgang.

Tabell 1. Oppsummering av SOLVEL-eksperimenter

Eksperiment a	Dato	Fly undersøkt	FSC; Venstre/Høyre, μg/g	Eksperimentelle emner; Observasjonsplattform	Publikasjoner som beskriver eksperimentresultater
1	13. desember 1994	ATTAS	2 ± 0,7/250 ± 17	visuell sjekk av terskelforhold for utbrudd av kontrail; Lufthansa Piper Cheyenne	Busen og Schumann [1995]
2	22. mars 1995	ATTAS	170 ± 10/5500 ± 100	første mikrofysiske målinger; DLR Falcon	Schumann et al. [1996] , Gierens og Schumann [1996]
3	13. juli 1995	ATTAS	212/2800 ± 160	utslipp ved motorutgang; bakke	Arnold et al. [1998a]
4	8.–15. mars 1996	ATTAS; A310-300	6 ± 2/2830 ± 280; 850 ± 10/ 2700 ± 200	variasjon av fly, FSC og første nærfeltsmålinger i eksosfjær og støtdemper; Falk og grunn bak ATTAS	Petzold et al. [1997] , Petzold og Schröder [1998] , Petzold og Döpelheuer [1998] , Arnold et al. [1998b] , Schröder et al. [2000a]
5	14.–18. april 1997	ATTAS	22 ± 2/2700 ± 350	første målinger av svovelsyre, kjemikalier, flyktige og ikke-flyktige aerosoler i og utenfor konturen, sotpåvirkning på ispartikler, utslipp av hydrokarboner og karbonmonoksid; Falk og grunn	Curtius et al. [1998] , Schröder et al. [1998] , Arnold et al. [1999] , Slemr et al. [1998 , 2001]
P	3. juli 1995, 24. september 1997, 23. oktober 1997	B747, DC10, B747, A340-300, DC8	240, 265, 260, 480, 690	bredkroppsfly partikler og gassformige utslipp, sammenlikning mellom Falcon, A340 og DC8, gassformig svovelsyre fra DC8; Falk	Schulte et al. [1997] , Konopka et al. [1997] , Tremmel et al. [1998] , Helten et al. [1999] , Schumann et al. [2000a]
6	28.–30. september 1998	ATTAS; B737-300	2,6 ± 0,3/118 ± 12; 2,6 ± 0,3/56 ± 6; 2,6 og 66 ved bakken	første detaljerte oppløsning av størrelsesområdet for kjernemodus med 8–9 partikkeltellere med 3–60 nm cutoff-størrelser, for to fly, og svovelsyre- og ionekonsentrasjoner; Falk og grunn bak ATTAS	Petzold et al. [1999] , Schröder et al. [2000b] , Arnold et al. [2000] , Curtius et al. [2002] , Brock et al. [2000] , Wohlfrom et al. [2000]
7	15. september 1999	A340-300; B707-307C	120 ± 12; 380 ± 25	test av virkningen av motoreffektivitet og målinger av aerosol og store ioneklynger i unge plumer (0,25–1 s); Falk	Schumann [2000] , Schumann et al. [2000b] , dette verket

• et tall inkludert “P” for POLINAT.

[9] Observasjonene har blitt utført med et stadig mer raffinert sett med instrumenter av ulike partnere, se tabell 2 , som beskrevet i detalj i de individuelle papirene som er oppført. Instrumentene inkluderer innovative metoder, som fire forskjellige massespektrometerinstrumenter av MPIK, og et system med instrumenter for å måle antall, størrelse og flyktighet til aerosoler i diameterområdet fra 3 nm til 20 μm til DLR-IPA og partnere.Tabell 2. Instrumenter brukt i de forskjellige eksperimentene

Instrument	Målt parameter	Metode	S1	S2	S3	S4	S5	P	S6	S7	Operatør a	Henvisning
Video, bilder, cockpitinstrumenter på Falcon	kontringsutbrudd, flynivå, hastighet	standardinstrumenter til Falcon (S1: Piper Cheyenne IIIA)	X	X	X	X	X	X	X	X	DLR	Schumann et al. [1996]
PT100 og PT500	temperatur	standard instrumentering av Falcon		X	X	X	X	X	X	X	DLR	Schumann et al. [1996]
Fem-hulls trykktransduser, horisontal posisjon	trykk, turbulente vindkomponenter, posisjon	standard instrumentering av Falcon		X	X	X	X	X	X	X	DLR	Bögel og Baumann [1991]
Vaisala HMP35	H 2 O, relativ fuktighet	kapasitiv polymer humicap-H		X		X	X	X	X	X	DLR	Ström et al. [1994]
Lyman-alfa hygrometer	H 2 O, blandingsforhold	Bukkeforskningshygrometer		X							DLR	Ström et al. [1994]
Frostpunkt	H 2 O, frostpunkt	frostpunktspeil, Buck					X		X	X	DLR	Busen og Buck [1995]
CPC	kondensasjonskjerner (CN), partikkelkonsentrasjon med d > 7 nm, d > 18 nm	modifisert TSI 3760, kondensasjonspartikkeltellere (CPCs), interstitielt aerosolinntak		X		X					Universitetet i Stockholm	Schumann et al. [1996]
CPC	d > 5, 10, 14 nm flyktige og ikke-flyktige aerosoler ( d > 14 nm for S5, d > 10 nm for S6 og S7)	modifiserte TSI 3760A og 3010 CPCer med interstitielt aerosolinntak, drevet med oppvarmet prøve (alternativt i S5)				X	X		X	X	DLR	Petzold et al. [1997]
CPC	d > 3 nm	ultrafin CPC, modifisert TSI 3025, interstitiell aerosolinntak							X		DLR	Schröder et al. [1998]
N-MASSE	tallkonsentrasjon for partikler med d > 4, 8, 13, 30, 55 nm	CN teller kaskade							X		University of Denver	Brock et al. [2000]
PCASP	tørr aerosolstørrelsesfordeling, 0,1 < d < 1 μm, 32 kanals oppløsning (20 brukt)	PMS passiv hulrom aerosolspektrometersonde, PCASP-100, internt, interstitielt aerosolinntak		X							Universitetet i Stockholm	Schröder og Ström [1997]
PCASP	tørr aerosol størrelsesfordeling, 0,1 < d < 3 μm, 15 kanals oppløsning	PMS PCASP-100, vingestasjon				X	X		X	X	DLR	Schröder og Ström [1997]
FSSP 100	skyelement størrelsesfordeling, 1 μm < d < 16 μm	foroverspredningsspektrometersonde (FSSP), partikkelmålingssystemer (PMS)		X							DLR
FSSP-300	aerosol- og skystørrelsesfordeling, 0,35 μm < d < 20 μm	FSSP, PMS				X	X		X	X	DLR, S4: Universitetet i Mainz	Schröder et al. [2000a , 2000b] , Borrmann et al. [2000]
PSAP	integrert sotmasse, absorpsjonskoeffisient	sotfotometer, filteravsetningsteknikk					X		X		DLR	Petzold et al. [1999]
MASP	aerosoler og spredningsforhold forover/bakover, 0,4 μm < d < 10 μm	flervinkelspredningsspektrometersonde				X					DLR og NCAR	Kuhn et al. [1998]
MASSE	størrelsesfordeling, ~12 nm < d < 0,4 μm	Mobilt aerosolprøvetakingssystem			(X)	X		X			UMR	Hagen et al. [1996]
Integrerende nefelometer	spredningskoeffisient	integrering av volumspredningsteknikk					X		X		DLR	Petzold et al. [1999]
CIMS	sporgasser SO 2 , HONO, HNO 3	Kjemisk ioniseringsmassespektrometri						X				Arnold et al. [1992 , 1994]
SIOMAS	små kjemiioner (1–220 i S3; 1–450 amu i S4 og S5)	Lite ion-massespektrometer			X	X	X				MPIK	Arnold et al. [1998a , 1998b]
LIOMAS	store positive og negative kjemiioner (1–8500 amu)	Stort ion-massespektrometer						X	X	(X)	MPIK	Wohlfrom et al. [2000]
VACA	totalt (gassformig og fordampet væske) H 2 SO 4	Volatile Aerosols Component Analyzer: CIMS med NO 3 − ioner og oppvarmet innløp					X		X		MPIK	Curtius et al. [1998] , Curtius og Arnold [2001]
Gerdien kondensator	positiv total ionekonsentrasjon	elektrostatisk sonde								X	MPIK	Arnold et al. [2000]
NDIR CO 2 sensor	karbondioksid (CO 2 ) konsentrasjon	ikke-dispersiv infrarød differensialabsorpsjon					(X)	X	X		DLR	Schulte et al. [1997]
GPS	avstand	Differensielt globalt posisjoneringssystem					X	(X)	(X)		DLR
Ta prøver	NMHC konsentrasjon	ta prøver analysert for hydrokarboner og CO ved gasskromatografi					X				FhG/IFU	Slemr et al. [2001]
VUV fluorescens CO	karbonmonoksid (CO) konsentrasjon	vakuum ultrafiolett fluorescens								X	DLR	Gerbig et al. [1996]
Emisjonsmålesystem	EI av CO 2 , CO, HC, NO x , NO, sotrøyktall (SN)	ICAO standardiserte instrumenter			X						MTU	ICAO [1981]

• en DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen; FhG/IFU: Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen; MPIK: Max-Planck-Institut für Kernphysik, Atmospheric Physics Division, Heidelberg; MTU: Motoren und Triebwerk Union, München; NCAR: National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado; UMR: University of Missouri-Rolla, Rolla, Missouri Oppføringer med parentes (X) angir instrumentapplikasjoner med redusert datautgang.

[10] I de fleste eksperimentene ble DLR Advanced Technology Testing Aircraft System (ATTAS) brukt som flyet som forårsaket eksosen, se tabell 3 . ATTAS er et mellomstort tomotors jetfly av typen VFW 614, med Rolls-Royce SNECMA M45H Mk501-motorer, se figur 1c , bygget i 1971 [ Busen og Schumann , 1995 ]. I nyere forsøk ble også yngre og større jetfly undersøkt; motorene deres har høyere skyvekraft, bypass-forhold og trykkforhold. Høyere bypass-motorer gir høyere total fremdriftseffektivitet, noe som forårsaker mindre spillvarme som slippes ut i luftgassene [ Cumpsty , 1997 ], noe som påvirker dannelsen av spiral [ Schumann , 1996a ,2000 ]. Brennstoffsvovelkonverteringsfraksjonen avhenger sannsynligvis av forbrenningstrykket [ Brown et al. , 1996b ], som øker med trykkforholdet.Tabell 3. Undersøkte fly og motorer

Fly	Motor	år a	Bypass-forhold	Trykkforhold	Skyv, kN	Eksperiment
B707-307C	PW JT3D-3B	1968	1.4	13.6	80,1	S7
ATTAS	Mk501	1971	3.0	16.5	32.4	S1–S6
B747-200B	JT9D-7J	1971, 1976	5.1	23.5	222,4	POLINAT
DC10-30	CF6-50C	1974	4.3	27.8	224,2	POLINAT
B737-300	CFM56-3B1	1987	5.1	22.4	89,4	S6
A310-300	CF6-80C2A2	1991	5.1	28	233,3	S4
A340-300	CFM56-5C2	1993	6.8	28.8	138,8	POLINAT
DC8	CFM56-2C1	1994	6.0	~23,5	~97,9	POLINAT
A340-300	CFM56-5C4	1998	6.6	31.1	151,2	S7

• a Året er året for motorkonstruksjon; bypass-forholdet er forholdet mellom massefluksen gjennom den ytre viftekanalen til motoren i forhold til massefluksen gjennom kjernekanalen til motoren ved start; trykkforholdet er forholdet mellom trykket ved brennerinnløpet og ved motorinntaket ved start; skyvekraften er gitt for start [ ICAO , 1995 ].

[11] Eksperimentene dekker et bredt spekter av FSC-verdier. Flydrivstoff produseres med FSC-verdier fra nær 1 μg/g til en øvre grense på 3000 μg/g. Median FSC-verdi for drivstoff levert til passasjerfly er nær 400 μg/g [ IPCC , 1999 ]. I tilfellene S1, S6 og S7 ble FSC variert ved å bruke forskjellige drivstoffleveranser. I tilfeller S2–S5 ble opptil 60 kg dibutylsulfid (C ₈ H ₁₈ S) som inneholder en 22 % massefraksjon svovel tilsatt til en av drivstofftankene for å øke FSC i forhold til drivstoffet i andre tanker til ønsket nivå . Smelte-, koke- og flammepunktstemperaturene og tettheten til tilsetningsstoffet (−80°C, 182°C, 62°C, 840 kg m ⁻³) er tilstrekkelig lik de for standard Jet-A1 parafindrivstoff (−50°C, 164 til 255°C, 52°C, 800 kg m ⁻³ ) for å tillate rimelig blanding, og tilsetningsstoffet kan håndteres enkelt. Senere brukte andre eksperimenter tetrahydrotiofen (C ₄ H ₈ S; -96 ° C, 120 ° C, 12 ° C, 1000 kg m ⁻³ ) for dette formålet [ Cofer et al. , 1998 ; Miake-Lye et al. , 1998 ] som viser større forskjeller til parafin. FSC ble analysert fra drivstoffprøver med standard laboratoriemetoder eller utledet fra mengden svovel som ble tilsatt et referansedrivstoff. Reproduserbarheten av svovelanalyse fra samme prøve i forskjellige laboratorier med 95 % konfidensintervall er bedre enn 10 % [Schröder et al. , 2000b ]. Større forskjeller (maksimalt 25 %, S5) ble funnet mellom FSC-analyse av drivstoffprøver og FSC-verdier avledet fra mengden tilsatt svovel, muligens på grunn av ufullstendig blanding og delvis fordampning av tilsetningsstoffet. For de to B747-flyene og DC10 under POLINAT bestemmes FSC fra SO₂og CO₂målinger i skyen med omtrent 30 % nøyaktighet [ Arnold et al. , 1994 ; Schulte et al. , 1997 ; Schumann et al. , 2000a ].

[12] Tabell 4 viser parametrene under flymålingene som er rapportert. Flyene ble operert hovedsakelig i den øvre troposfæren, med eller uten kontrails eller ved terskelforhold der kontrails bare dannet seg eller forsvant. Noen av de jagede raske flyene ble operert med reduserte kraftinnstillinger for å la den langsommere Falcon følge med på nær avstand.Tabell 4. Atmosfæriske forhold under flymålingene

Eksperiment a	Fly, Case	Dato	FL, hft	FSC, b μg g −1	p , hPa	T , °C	RH, %	V , ms −1	η	T c , c ° C	Kontra sett
S1	ATTAS	13.12.94	299	2, 250	302,3	−49,7	44	115	0,14	−49,6	terskel
S2	ATTAS, C1	22.3.95	288	170, 5500	317	−49,0	42	163	0,172	−48,8	terskel
	C2		290	170, 5500	316	−49,5	36	163	0,175	−49,1	terskel
	C3		290	170, 5500	315	−49,2	37	163	0,182	−49,3	terskel
	C4		290	170, 5500	316	−48,3	37	163	0,198	−48,8	terskel
	lav høy		310	170, 5500	287	−55	40	163	0,168	−50	ja
	høy/høy		300	5500	301	−51,3	45	163	0,171	−50	ja
S4	ATTAS	12.3.96	240	6, 2830	392,7	−39	10	160	0,17	−48,3	Nei
			310	6, 2830	287,4	−43	20	175	0,17	−50,9	Nei
	A310	13.3.96	350	850, 2700	238,4	−58	15	180	0,28	−51,6	ja
	ATTAS	15.3.96	310	6, 2830	287,4	−52,3	40	165	0,17	−50,1	ja
			270	6, 2830	344,3	−42	45	160	0,17	−48,1	Nei
S5	ATTAS	16.4.97	250	22	376	−44	30	160	0,17	−48,0	Nei
	H 2 SO 4 injeksjon.		310	22	287	−52	45	160	0,17	−49,9	ja
	ATTAS	18.4.97	260	24, 2700	360	−42	50–65	160	0,17	−46,4	Nei
			310	24, 2700	287	−54	90–65	165	0,17	−48,7	ja
P	B747-200B	3.7.95	330	240	262	−46	17	257	0,33	−49,7	Nei
	DC10-30	3.7.95	330	265	262	−45	18	255	0,33	−49,7	Nei
	B747-200B	3.7.95	330	260	262	−45	21	255	0,33	−49,6	Nei
	A340-300	24.9.97	350	480	238,4	−51	29	200	0,3	−50,1	ja
	DC8	23.10.97	330	690	261	−49	57	227	0,3	−47,8	ja
S6	ATTAS	28.9.98	260	2,6, 118	359	−38	35–40	153	0,17	−47,9	Nei
			320	2,6, 118	274	−52	35–50	177	0,17	−50,8	ja
	B737	30.9.98	190	2,6, 56	490	−14	75–85	141	0,3	−39,5	Nei
			260	2,6, 56	360	−30	55–65	167	0,3	−44,7	Nei
			350	2,6, 56	238	−52	>60	192	0,3	−49,2	ja
			370	2,6, 56	216	−56	>65	199	0,3	−49,8	ja
S7	B707	15.9.99	310	120	288	−42	20	187	0,25	−50,0	Nei
			334	120	256,0	−49,3	38	190	0,31	−49,4	terskel
					5
	A340		336,6	380	252,3	…	42	195	0,23	−50,6	terskel
					4	50,42
			349	380	245,3	−50,9	34	209	0,24	−51,0	terskel
					2
	B707		342	120	247,6	…	33	203	0,28	−50,4	terskel
					5	50,54
	A340		314	380	281	−42	20	194	0,27	−50,0	Nei

• a Eksperimentnavn, dato, flynivå (FL, 1 hft = 100 fot = 30,48 m), svovelinnhold (FSC), omgivelsestrykk ( p ), temperatur ( T ), relativ fuktighet av væskemetning (RH), ekte luft hastighet V , total fremdriftseffektivitet η, beregnet kontrailterskeltemperatur ( T _c ), og rapporter om en kontrail ble sett eller ikke.
• b Drivstoffanalysene (~20 prøver) innebærer en forbrenningsvarme Q = 43,21 ± 0,06 MJ kg ⁻¹ , og en hydrogenmassefraksjon på 13,71 ± 0,1 % (EI _H2O = 1,225 ± 0,01; EI _CO2 = 0,16 ±).
• c T _c beregnes for de målte drivstoffegenskapene og den estimerte totale fremdriftseffektiviteten η ved å bruke Schmidt/Appleman-kriteriet med kode tilgjengelig fra http://www.op.dlr.de/ipa/schumann/ .

3. Resultater

3.1. Visuell observasjon av kontringsformasjon uavhengig av FSC under SVOV 1

[13] Som en test for postulerte påvirkninger av svovelutslipp på kjernedannelse, ble kontraildannelsen fra ATTAS undersøkt ved bruk av drivstoff med forskjellige FSC-er (2 og 250 μg/g) på de to motorene under samme flytur [ Busen og Schumann , 1995 ]. Kontraildannelse ble observert visuelt fra et annet fly som fulgte på nær avstand og dokumentert i bilder og videoer. Omgivelsestemperatur og fuktighet ble utledet fra en nærliggende radiosonde på flynivå. Ved terskelforhold ble det sett korte kontringslinjer som dannet seg omtrent 30 m bak motorene. Bortsett fra tidligere diskusjoner om betydningen av svovel i drivstoff for partikkeldannelse, avslørte observasjonene, bildene og videoene ingen systematiske forskjeller i kontrailene som dannes fra de to motorene.

[14] Kontrailen dannet seg imidlertid ved en temperatur som var omtrent 2 K varmere enn forventet fra Appleman-kriteriet. Denne forskjellen er ikke forårsaket av svovelutslipp, men av effekter av den totale fremdriftseffektiviteten η ikke inkludert i Appleman-kriteriet [ Busen og Schumann , 1995 ]. Jo høyere verdien av η, desto mindre forbrenningsvarme forlater motorens utgang med eksosen, slik at det kan dannes kontrailer ved høyere omgivelsestemperatur [ Schmidt , 1941 ]. Verdien av η = V F /( Q m _f ) avhenger av flyets hastighet V , skyvekraft F , spesifikk brennstoffforbrenningsvarme Q og drivstofforbrukshastighetm _f [ Schumann , 1996a ]. Med (1-η) Q som effektiv forbrenningsvarme, tilpasser Schmidt/Appleman-kriteriet de observerte terskeltemperaturene for spiraldannelse til bedre enn 0,5 K (se tabell 4 ).

[15] Terskeltemperaturen beregnes under forutsetning av at varme og vanndamp i eksosen er godt blandet når den forlater motoren og at skyen når væskemetning lokalt under blanding. Vann sendes imidlertid ut bare fra kjernemotoren mens varme avgis fra både kjernen og omløpet til motoren, noe som innebærer uensartede utgangsforhold. Dessuten forlater en del av forbrenningsvarmen motoren med strålen som kinetisk energi og spres til varme under blanding av strålen med omgivelsesluft [ Schumann , 1996a]. Derfor avviker fuktigheten i skyen litt fra det som forventes i henhold til Schmidt/Appleman-konseptet. En modellberegning for S1-forholdene avslørte en lokal overmetning av flytende vann på omtrent 7 %, nok til å la ferske sotpartikler større enn 30 nm diameter bli aktivert og danne vanndråper selv ved terskelforhold [ Schumann et al. , 1997 ]. Hvis sot ville bli hydrert før den nådde flytende metning, kan det dannes kontrailer ved litt høyere omgivelsestemperatur [ Kärcher et al. , 1996b]; en 10 % lavere kritisk fuktighet øker terskeltemperaturen, som typisk er under -40°C, med 0,9 til 1,1 K. Væskedråpene som dannes fryser raskt og vokser deretter videre ved vannavsetning på grunn av høy isovermetning. Homogene kjernedannende svovelsyredråper fryser ikke og vokser raskt nok under terskelforhold til å danne en synlig kontrail [ Kärcher et al. , 1995 ]. Antallet ispartikler som dannes må være større enn 10 ⁴ cm ⁻³ for å produsere en synlig spiral så tidlig som observert [ Kärcher et al. , 1996b]. Vanndråpene fryser på tidsskalaer i størrelsesorden millisekunder og akkommodasjonskoeffisienten til vanndampmolekyler på isoverflaten er minst 0,2 for å tillate partikkelvekst så raskt som observert i dette eksperimentet [ Schumann , 1996b ].

3.2. Oppdagelse av drivstoffsvovelpåvirkning på partikkeldannelse under SVOV 2

[16] S2-eksperimentet ble utført for å dekke større FSC-verdier og for å måle egenskapene til partikler dannet som en funksjon av FSC [ Schumann et al. , 1996 ]. Igjen ble ATTAS-flyet brukt som eksosdannende fly. Ulike FSC-verdier på 170 og 5500 μg/g ble utarbeidet ved å bruke et standard drivstoff med 170 μg/g i en flydrivstofftank og ved å tilsette dibutylsulfid til drivstoffet i den andre tanken. Foruten foto- og videoobservasjoner fra nær avstand, ble det foretatt målinger på stedet når Falcon-flyet fløy i kjølvannet av ATTAS i 20-sekundersalder, i høyder mellom 9 og 9,5 km, og temperaturer mellom -49° og -55° C, når den synlige strøken strekker seg til ca. 2 km lengde.

[17] Foruten standard instrumenter tilgjengelig på Falcon, inkluderte instrumentene (se tabell 2 ) to CPCer med cutoff-størrelser på 7 og 18 nm, og en Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe (PCASP) som optisk teller den tørkede aerosolen større 120 nm i diameter etter å ha gått inn i målesystemene inne i flyet via en “interstitial”, dvs. bakovervendt prøveinntak på toppen av flykroppen utenfor grenselaget, og en Forward Scattering Spectrometer Probe (FSSP-100) fra Particle Measurement Systems Inc. (PMS) montert utenfor flyet ved en vingestasjon for partikler større enn 1 μm.

[18] Observasjonene viste at svovelutslipp fra drivstoff forårsaker målbare og til og med synlige endringer i partikkelegenskapene og kontrailene. Ved omgivelsestemperaturer som var 5 K kjøligere enn terskeltemperaturen for utbruddet av kontrail, var skyen synlig allerede ca. 10 m bak motorutgangen for høy FSC, men 15 m bak motorutgangen for lav FSC (se figur 1c). Under nedstigningen gjennom nivået av inntreden av kontrailen forble den høye svovelkontrailen synlig i litt lavere høyde (25 til 50 m) eller høyere temperatur (0,2 til 0,4 K). Den høyere FSC forårsaket en større optisk tykkelse av kontrailen kort tid etter utbruddet. Den høye FSC-kontrailen vokste raskere, men fordampet også tidligere enn den lave FSC-kontrailen. Ved fjæralder på ca. 20 s ble hver motorfjær spredt til ca. 20 m diameter. Plommene inneholdt mange undersynlige partikler. Topptalltettheter var 30 000 cm ⁻³ for partikler med diameter over 7 nm og 15 000 cm ⁻³over 18 nm. Partikkelmålingene ved lav FSC indikerer at antall partikler større enn 7 nm målt i skyen stammer hovedsakelig fra utsendte sotpartikler. Antall partikler i dette størrelsesområdet øker med ca. 25 % for partikler med diameter over 7 nm og med 50 % for partikler over 18 nm når FSC økes med en faktor 30. Resultatene tyder på at en del av brennstoffsvovelet er omdannes til svovelsyre som interagerer med soten. Derfor har svovelsyre en tendens til å “aktivere” sotpartikler [ Kärcher et al. , 1996b]. Estimater av antall, størrelse og volum av partiklene viser at målingene stemmer overens med estimerte sotutslippsindekser (EI) og noe flyktig materiale fra svovel til svovelsyrekonvertering ved en fraksjon ε på omtrent 0,4 % eller litt større, som foreslått av Frenzel og Arnold [1994] . Fargeforskjeller ble observert mellom kontrailer dannet fra to motorer som brenner drivstoff med forskjellig FSC og denne fargeforskjellen kan forklares med flere men mindre ispartikler for høyere FSC [ Gierens og Schumann , 1996 ].

[19] Resultatene av S1 og S2 ble brukt til å veilede og teste modellstudier i mange oppfølgingsartikler [ Kärcher , 1996 , 1998a , 1998b ; Kärcher et al. , 1996b , 1998a ; Brown et al. , 1996b , 1997 ; Gleitsmann og Zellner , 1998a , 1998b , 1999 ; Konopka og Vogelsberger , 1997 ; Andronache og Chameides , 1997 , 1998 ; Taleb et al. , 1997 ; Lukachko et al. , 1998; Yu og Turco , 1997 , 1998a ; Jensen et al. , 1998a , 1998b ; Garnier og Laverdant , 1999 ; Tremmel og Schumann , 1999 ; Zaichik et al. , 2000 ; Starik et al. , 2002 ]. Spesielt Yu og Turco [1998a]viste at målingene kan reproduseres kvantitativt til god tilnærming med en plume-aerosolmodell som antar ε = 1,8 %, når man inkluderer forbedret koagulasjon av CI-er i modellen. Den relativt sterke økningen av det observerte antallet partikler >18 nm sammenlignet med at >7 nm er forårsaket av rensing av damper og partikler av ispartikler i den unge kontrailen som deretter forlater aerosolen målt etter fordampning. Den gjenværende sulfataerosolakkumuleringsmodusen kan bidra til skykondensering og iskjerner. Observasjonene og modellstudiene viser at FSC ikke påvirker terskeltemperaturen for kontraildannelse, men påvirker det optiske utseendet til kontrailen.Kärcher et al. , 1998a ].

3.3. Bakkebaserte gass- og ioneutslippsmålinger under SVOVEL 3

[20] Et bakkebasert eksperiment ble utført for å sikre at forskjellene målt mellom venstre og høyre motoreksosplymer stammer fra forskjellige FSC og ikke er forårsaket av motorforskjeller. Dessuten ble dette eksperimentet brukt til utslippsmålinger svært nær motorutgangen, inkludert de første massespektrometriske målingene av negative og positive CI-er, og av gassformig H ₂ SO ₄ og SO ₃ i eksosen ved skyvealder på 6 til 20 ms [ Arnold et al. , 1998a ]. Lignende målinger ble også utført bak en JT9D-7-motor i jetmotortestanlegget til Lufthansa i Hamburg på 18,6 m avstand, 170 ms fjærealder [ Arnold et al. , 2000 ].

[21] EI-ene for NO, NO _x , CO, HC og røyktallet til ATTAS-motorene ble målt ved bakken ved hjelp av instrumenter som tilfredsstiller International Civil Aviation Organization (ICAO) standarder [ ICAO , 1981 ]. Prøvene ble tatt bak ATTAS i samme posisjon (senterlinje, 1 m bak motorutgangskjegle, 1,8 m bak motordyseutgang, se figur 1e ) for ulike effektinnstillinger og FSC-verdier, se tabell 5 . De målte verdiene viser de samme trendene med effekt som ICAO-dataene, men med 20 % høyere EI for NO _x og ca. 50 % lavere verdier for CO og HC sammenlignet med verdiene rapportert av ICAO [1995] . Den nedre EI _COverdier støttes også av samtidige Fourier transform infrarøde spektrometer (FTIR) målinger utført under S4 på bakken og under flyging [ Haschberger et al. , 1997 ; Heland og Schäfer , 1998 ]. ICAO [1995] inneholder ingen informasjon om NO/NO _x- forholdet. Målingene indikerer at ca. 30 til 50 % av NO _x sendes ut som NO ₂ ; mindre verdier er utledet under cruise fra FTIR-målinger (NO ₂ /NO _x ratio på 12–22%) [ Haschberger og Lindermeir , 1997 ]. Uansett, NO ₂ /NO _xfraksjon målt for ATTAS er langt høyere enn for RB211-524-motoren [ Schumann , 1995 ], som avgir mindre enn 5 % av all NO _x som NO ₂ , muligens på grunn av høyere forbrenningstemperatur og trykk. Utslippsdataene innhentet bak venstre og høyre motor på ATTAS, og for forskjellige FSC-verdier (med forskjellige mengder tilsetningsstoffer), viser ingen signifikante forskjeller. Derfor er ingen forskjell målt i skyene forårsaket av motorforskjeller. Dessuten har FSC ingen påvisbar innflytelse på de oppførte utslippsindeksverdiene, inkludert røyknummeret. De grunnleggende utslippene inkludert sot ser ut til å være uforanderlige for FSC. Disse målingene har blitt brukt for sammenligning med målinger under flyging av EIer av CO og HC avSlemr et al. [1998 , 2001] . Som et resultat er ATTAS-motoren en av de best karakteriserte motorene beskrevet i den åpne litteraturen, godt egnet for modellering.Tabell 5. Utslippsparametre for ATTAS-motorene på bakken og ved cruise

Parameter a	Jord, b- effekt, %	Cruise (opprinnelse)
Enhet	Opprinnelse	7	18.5	30	57,5	85	100
EI NO x	g(NO 2 ) kg −1	MTU	1.9	3.0	4.1	6.7			5–9 c
		ICAO	1.5		3.6		9.3	11.5
EI NR	g(NO 2 ) kg −1	MTU	1.0	1.2	2.1	4.0			0,8–1,5 c
		HVIS DU	<1,9	<1,7	<2.1		3.9
		DLR		0,1	1		3.4
EI CO	g kg −1	MTU	112.	52.	24.	6.			12–22 d
		ICAO	178.		51.		7.9	6.2
		HVIS DU	125	59	26		5.6
		DLR	104	50	22		4.8
EI HC	g kg −1	MTU	31.	6.	2.	0,4			0,02–0,25 d
		ICAO	59,5		7.4		0,74	0,75
EI sot	g kg −1	DLR	0,013	0,045	0,13		0,4		0,1–0,15 e
SN		MTU	2	5	10	24
		ICAO	2.7		10.9		38,4	46,3
m f	kg s −1	MTU	0,054	0,099	0,146	0,270			0,12 f
		ICAO	0,053		0,146		0,416	0,498	0,22 d
T C	K	RR	678		683		746	760	617 f
T B	K	RR	293		293		292	295	237,5 f
T	K	HVIS DU	561	585	615		647		620–655 c
		DLR	586	605	635		668
V C	ms −1	RR	80		172		357	414	417 f
V B	ms −1	RR	96		180		274	290	248,2 f

• a Emisjonsindekser (EI) for nitrogenoksider (NO _x ) og nitrogenoksid (NO, i masseenheter av NO ₂ ) for karbonmonoksid (CO) og for ikke-metanhydrokarboner (HC, i masseenheter av CH ₄ ); røyknummer (SN); brennstoffstrømningshastighet ( m _f ); Kjerne utgang statisk temperatur ( T _C ); bypass utgang statisk temperatur ( T _B ); statisk gasstemperatur ( T ) målt 1,8 m forbi motordyseutgangen; kjerneutgangsstrålehastighet ( V _C ), bypass-utgangshastighet ( V _B), for ulike effektinnstillinger i prosent av full effekt ved bakken og for observerte cruiseforhold.
• b Bakkemålinger under SULFUR 3 og 4 bak ATTAS av Motoren og Triebwerk Union (MTU, G. Huster, personal communication, 1995) fra målinger rapportert i ICAO-utslippsdatabasen [ ICAO , 1995 ] og fra FTIR-emisjonsspektrometri av Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung (IFU) [ Heland og Schäfer , 1998 ; J. Heland, personlig kommunikasjon, 1996] og av Haschberger et al. [1997](DLR); og som utledet fra motorytelsesdata levert av Rolls-Royce (RR). MTU-verdiene er middelverdier over tre målinger: En fra høyre vingemotor med lav FSC (218 μg/g), en fra venstre vingemotor med lav FSC (218 μg/g), og en fra venstre vingemotor med høy FSC (2800 μg/g), uten signifikante forskjeller og med relative avvik på noen få prosent.
• c Haschberger og Lindermeir [1997] .
• d Dataspekter for ulike plummøter fra Slemr et al. [2001] .
• e Petzold og Döpelheuer [1998] .
• f Motorberegninger for forholdene til S1; for S2, se Schumann et al. [1996] .

[22] Massespektre av negative og positive CI-er ble målt ved hjelp av et quadrupol Ion Mass Spectrometer (IOMAS). Gassformig H ₂ SO ₄ og SO ₃ ble målt ved bruk av et kjemisk ioniseringsmassespektrometer (CIMS). For disse målingene føres eksosen gjennom et strømningsrørsystem som inneholder en kapillærionekilde. Kilden introduserer nitrationer (for det meste NO ₃ ⁻ (HNO ₂ ) _n , n = 0, 1, 2) inn i strømningsrøret som reagerer med gassformig H ₂ SO ₄ og SO ₃ tilstede i eksosen for å danne HSO ₄ ⁻ ioner og NO ₃ ⁻SO ₃ ⁻ ioner, henholdsvis. Ved å analysere ionesammensetningen i strømningsrøret nedstrøms for kilden, kan talltettheten til H ₂ SO ₄ og SO ₃ bestemmes for gitt reaksjonstid og hastighetskoeffisienter for de respektive ione-molekylreaksjonene. Resultatene viser en total negativ ionekonsentrasjon på mer enn 1,4 × 10 ⁷ cm ⁻³ ved plymalder på rundt 10 ms i eksosen fra en jetmotor ved bakken [ Arnold et al. , 1998a ]. For lav FSC ble ^SVI- konsentrasjonen målt, noe som innebar en konverteringsfraksjon e på 1,2%. For høy FSC dannet mesteparten av svovelsyren ioner HSO ₄ ^– (H₂ SO ₄ ) _m med m > 1 med masser utenfor området som kan detekteres av IOMAS-instrumentet (220 atommasseenheter, amu). Dette funnet initierte nye eksperimenter ved bruk av massespektrometre med større masseområder som beskrevet nedenfor.

3.4. Sammenligning av eksos fra forskjellige fly under SVOV 4

[23] For å generalisere resultatene til andre fly, med mer moderne motorer, og for å søke etter svovelsyre i eksosflommen til cruisefly, ble det organisert et eksperiment der Falcon kunne måle i den unge eksosfjæren til en Airbus. A310 ved tokt (fjær i alderen 1–4 s), og bak ATTAS med raffinerte instrumenter, ved svært nærme tilnærming (fløyalder 0,5–1 s), for situasjoner med og uten spiraldannelse og for et stort utvalg av FSC-verdier (6 til 2830 μg/g) [ Petzold et al. , 1997 ]. Falcons nærme tilnærming til ATTAS- og Airbus-flyene ble muliggjort av Falcon-pilotene etter å ha lært om naturen til våknevirvelformasjon [ Gerz og Holzäpfel , 1999]. Stabile flyforhold kunne nås ved noen posisjoner i kjølvannsvirvelen så nært som 25 m (under S6) bak det ledende flyet av ekspertpiloter. Jevn flukt er ikke mulig ved plumalder på ca. 5 til 20 s når kjølevirvlene er fullt utviklet og brytes opp i småskala turbulens [ Gerz et al. , 1998 ; Holzäpfel et al. , 2001 ].

[24] Under S4 ble nye PMS-type optiske spektrometre implementert: En PCASP-100 (0,1–3 μm tørr diameter) og en FSSP-300 (0,35–20 μm), begge montert utenfor Falcon flykroppen. For første gang er spektralfordelingen og variasjonen til større aerosol- og kontra-iskrystaller i unge eksosplymer dokumentert. Iskrystallmiddelmodusen var lokalisert rundt 1 μm. Partikkelstørrelsesfordelingene viser sterke variasjoner fra plumsenteret til den fortynnede plymekanten. Antallet ispartikler i spaltene ble funnet å øke med omtrent en faktor 1,3 til 2,7 med alder på spjeldet. Ved 10 s plumealder øker antallet påviste partikler med størrelse >10 nm med en faktor på 1,3 for en økning av FSC med en faktor på 500.

[25] Det ble ikke funnet noen systematisk forskjell ved lavere aldre av fjære (<3,3 s) i A310 for forskjellige FSC-verdier. Imidlertid ble FSSP-300 opprinnelig designet for lave til moderate aerosolpartikkelkonsentrasjoner med korrigeringer som ble nødvendige over typisk 500 cm ⁻³ . Derfor ble antallet ispartikler underestimert i S4 med mer enn en faktor på 2 [ Schröder et al. , 2000a ], noe som gir mulighet for en sterkere følsomhet av krystallkonsentrasjoner for FSC.

[26] Sot (svart karbon) EI til ATTAS-motorene ble bestemt fra sotstørrelsesspektra målt på bakken og under flyging. Omregnet til cruiseforhold med ca 50 % av full effekt utgjør sotmassen EI 0,15 g kg ⁻¹ [ Petzold og Döpelheuer , 1998 ]. Før disse målingene var det forventet en større EI (ca. 0,5 g kg ⁻¹ [ Schumann et al. , 1996 ]). Målinger av brytningsindeksen til ispartikler ble funnet å stemme overens med en stor brøkdel av sot som kommer inn i ispartiklene [ Kuhn et al. , 1998 ]. Dette ble bekreftet ved analyse av iskrystallrest [ Petzold et al. , 1998]. Sot samlet på filtre tatt på bakken tett bak motorene inneholdt sulfat. Ionekromatografimålinger indikerte 0,5 % omdannelse av brennstoffsvovel til sulfat i soten, med bare en liten avhengighet av motoreffektinnstillingen. Organisk karbon ble funnet å bidra med opptil 40 % til den karbonholdige fraksjonen av sotpartikler ved typiske cruiseforhold [ Petzold og Schröder , 1998 ].

[27] Negative ioner observert med Small Ion-Mass Spectrometer (SIOMAS, en forbedret versjon av IOMAS) inne i skyen til et Airbus A310-fly under flukt i høyder rundt 10,4 km ved skyvealder på omtrent 2–3 s, var hovedsakelig HSO ₄ ⁻ (H ₂ SO ₄ ) _m , HSO ₄ ⁻ (HNO ₃ ) _m , og NO ₃ ⁻ (HNO ₃ ) _m ioner med m ≤ 2 [ Arnold et al. , 1998b]. Ingen negative CI-er fra motoren ble funnet. Det ser ut til at de negative CI-ene vokser raskt og når massetall som er større enn målt (1100 amu) ved en fjærealder på 3 s. Den øvre grensen for gjennomsnittlig positiv CI-konsentrasjon estimert på grunnlag av målingene var omtrent 3 × 10 ⁵ –3 × 10 ⁶ cm ⁻³ . Dette tallet er svært nær den maksimalt mulige ionekonsentrasjonen som tillates av ione-ion-rekombinasjonsprosesser i den unge eksosplommen. Fortynning alene [ Schumann et al. , 1998 ] innebærer omtrent 300 ganger større konsentrasjoner ved motorutgang.

[28] Disse målingene påviste ikke gassformig H ₂ SO ₄ [ Arnold et al. , 1998b ; Petzold et al. , 1997 ]. Bare en øvre grense for den gassformige H ₂ SO _4- konsentrasjonen på <2 × 10 ⁸ cm ⁻³ kunne oppnås med SIOMAS. Eventuell H ₂ SO _4- damp som opprinnelig dannes opplever rask gass-til-partikkel-omdannelse ved plumalder <1,6 s, som forventet fra modellresultater [ Kärcher et al. , 1995 ].

3.5. Ultrafine aerosoler, ioner og svovelsyre oppdaget under SVOVEL 5

[29] Kort tid etter S4 utførte NASA-kolleger lignende eksperimenter under en serie målinger i SUCCESS-prosjektet i april–mai 1996 [ Toon og Miake-Lye , 1998 ]. Dessuten ble de første resultatene rapportert fra SNIF-oppdragene utført bak forskjellige jetfly (MD80, B727, B737, B747, B757, DC8, T-38) i januar–mai 1996 [ Anderson et al. , 1998a , 1998b ; Cofer et al. , 1998 ]. En sterk økning i antall flyktige partikler med FSC ble funnet i den unge plymen [ Miake-Lye et al. , 1998]. I den første foreløpige presentasjonen av resultatene av disse målingene under en konferanse på Virginia Beach i april 1996 ble det antydet at konverteringsfraksjonen kunne nå opp til 70%. Senere publikasjoner om disse eksperimentene konkluderte med e-verdier på 8 til 15 % [ Anderson et al. , 1998b ], 31 % (basert på CIMS-målinger av SO ₂ , analysert FSC av drivstoffet som ble brukt, og in situ CO _2- målinger) [ Miake-Lye et al. , 1998 ], 26 % [ Hagen et al. , 1998 ], og 37 % [ Pueschel et al. , 1998]. CIMS-målingene under SUCCESS bak en B757 indikerte at konverteringsfraksjonen øker fra 6 % for lav FSC (72 μg/g) til 31 % for høy FSC (676 μg/g). I diskusjonen om forskjellene ble det hevdet at S2-målingene muligens kan undervurdere andelen av ultrafine partikler [ Anderson et al. , 1998b ]. Derfor utførte vi et ytterligere eksperiment med forbedret evne til å måle flyktige og også ikke-flyktige fraksjoner av ultrafine partikler, og svovelsyre i gassfasen og i væskepartikkelfasen, se nedenfor.

[30] Sammenlignet med S4 ble prøvetakingssystemet for finmodus aerosol (CPCs med d > 5 og 14 nm) hovedsakelig modifisert av en passiv prøvefortynning for å øke det påvisbare partikkelkonsentrasjonsområdet til omtrent 5 × 10 ⁵ cm ⁻³ [ Schröder , 2000 ]. En oppvarmingsseksjon ble introdusert for (alternativt) å fordampe den flyktige aerosolfraksjonen for eksklusiv påvisning av sotpartikkelantalltettheten. Videre ble en infrarød CO ₂ -sensor, et frostpunkthygrometer, to forskjellige massespektrometerinstrumenter og beholdere for prøvetaking av luften lagt til Falcon-nyttelasten, se tabell 2 .

[31] Falken jaget ATTAS i to høyder og på avstander mellom 70 og 3100 m. Drivstoff med lav og høy FSC (22 ± 2 og 2700 ± 350 μg/g) ble brukt under forhold med og uten spiraldannelse, se tabell 4 .

[32] Aerosolmålinger ble presentert av Schröder et al. [1998] . Sotutslipp ble funnet å ikke vise noen signifikant avhengighet av FSC. Det ble gitt bevis for at minst 1/3 av sotpartiklene gikk tapt fra den interstitielle aerosolen. Dermed har sot vært involvert i iskjernedannelsesprosessen, muligens i tillegg til frysing av nydannede flyktige partikler. For de ultrafine ( d= 5 – 14 nm) flyktig aerosol, en tydelig økning av de tilsynelatende EI-ene i løpet av de første 10 s plumealderen ble dokumentert for første gang, og illustrerer de dynamiske vekstprosessene til nyprodusert aerosol tidligere utgang. Videre avslørte S5-målingene forskjeller mellom dannelse av flyktige partikler i og utenfor kontringsmiljøet. I fravær av kontrailer når antallet flyktige partikler med diametre >5 nm 10 ¹⁷ kg ⁻¹ for høy FSC og når fortsatt 10 ¹⁶ kg ⁻¹for lav FSC. I contrails ble ultrafine partikler funnet redusert med betydelige fraksjoner, mest sannsynlig på grunn av rensing av iskrystaller i den aldrende skyen. En klar sammenheng mellom FSC og vekst av flyktige partikler ble observert. Størrelsesspektrene er bimodale med mange flyktige partikler for store FSC i et diameterområde nær 14 nm.

[33] Observasjonene ga viktige data for å teste modeller for aerosoldannelse i motorfjær. Modellstudier viste at den observerte veksten av ultrafine partikler ikke kan forklares med klassisk homogen kjernedannelsesteori, men reproduseres i detalj ved en mikrofysisk simulering når man inkluderer CI-utslipp (summen av positive og negative ioner) på 2,6 × 10 ¹⁷ per kg drivstoff [ Kärcher et al. , 1998b ; Yu et al. , 1998 ]. Modellen forklarer det målte bimodale størrelsesspekteret med forbedret koagulering av ladede partikler [ Yu og Turco , 1997]. Modusen over 14 nm er et resultat av raskt voksende ladede partikler, mens bare noen få av de nøytrale partiklene vokser til den detekterte størrelsen på >5 nm i diameter. For høy FSC er det flyktige materialet konsistent med en brennstoff svovel til H ₂ SO ₄ konverteringsfraksjon e på 1,8 %. For lav FSC (22 μg/g) vil en urealistisk høy konvertering på 55 % være nødvendig for å forklare det målte flyktige materialet. Det ble antydet at en del av det flyktige materialet stammer fra kondenserbare eksoshydrokarboner. Ytterligere støtte for denne konklusjonen ble gitt i en oppfølgingsstudie av Yu et al. [1999] .

[34] Totale konsentrasjoner av svovelsyre (gass pluss aerosol) fra motoreksos ble for første gang målt direkte i eksosplommen til et jetfly under flyging med Volatile Aerosols Component Analyzer (VACA) [ Curtius et al. , 1998 ; Curtius og Arnold , 2001 ]. Instrumentet består av et bakovervendt prøveinntak, et oppvarmet strømningsrør (90°–120°C), en ionekilde som injiserer nitrationer for å kjemisk ionisere svovelsyre, og et kvadrupol massespektrometer for å oppdage ionene. Varmeren fordamper de flyktige komponentene av små aerosolpartikler som kommer inn i instrumentet. Deteksjonsgrensen for H ₂ SO ₄ konsentrasjon er 10 ⁷ cm ⁻³. På grunn av en rekke tapsprosesser anses de oppnådde H ₂ SO _4- konsentrasjonene som nedre grenseverdier. Målingene ble verifisert under en første flyging ved å injisere svovelsyre direkte inn i eksosstrålen ved motorutgang og måle den i den gamle skyen. Massespektrene oppnådd i eksosen av svovelfattig drivstoff under den andre S5-flygingen skilte seg ikke fra bakgrunnsspektrene som kun viser reaktantionene NO ₃ ⁻ (HNO ₃ ) _m med m = 0 og 1. For svovel- rikt drivstoff spektrene viser klare signaturer av svovelsyre: HSO ₄ ⁻ , HSO ₄ ⁻ (HNO ₃), og HSO ₄ ^– (H ₂ SO ₄ ), ved henholdsvis 97, 160 og 195 amu. H ₂ SO _4- konsentrasjonen nådde verdier så høye som 1500 pmol mol ⁻¹ (bakgrunn: 10–50 pmol mol ⁻¹ ) og var nært korrelert med økninger i temperatur og CO ₂ -blandingsforhold, se figur 2 . En konvertering fraksjon av brensel svovel til H ₂ SO ₄ på minst 0,34% ble avledet fra disse data [ Curtius et al. , 1998 ].

[35] Hvis konverteringsfraksjonen ville være den samme for den lave som for den høye FSC, er den forventede økningen under 12 pmol mol ⁻¹ selv for svært unge fjærealder. Under penetrasjoner av den svovelfattige skyen økte ikke svovelsyrekonsentrasjonen signifikant over det lokale atmosfæriske bakgrunnsnivået på 15 til 50 pmol mol ⁻¹ . Et signal burde vært synlig hvis konverteringsfraksjonen ved lav FSC ville vært 2,5 ganger større enn ved høy FSC. Derfor var konverteringsraten ved lav FSC <2,5 verdien ved høy FSC [ Curtius et al. , 1998 ]. Hvis den øvre grensen for ε er 1,8 % ved høy FSC, som utledet fra å matche de målte aerosoltallkonsentrasjonene med d > 5 nm og d> 14 nm med aerosolmodeller inkludert CIer [ Yu og Turco , 1998a ; Kärcher et al. , 1998b ; Yu et al. , 1998 ], en øvre grense ved lav FSC for ATTAS er 4,5 %. Denne verdien er ikke langt unna verdien 6 % beregnet av Brown et al. [1996b] for ATTAS-motorene ved lav FSC.

[36] I den første S5-flygingen ble et ytterligere instrument (Large Ion-Mass Spectrometer, LIOMAS) fløyet på Falcon for å måle gassformige negative ioner i eksosflommen til ATTAS-jetflyet under flyvning [ Arnold et al. , 1999 ]. Det ble funnet at langt de fleste av de negative ionene hadde massetall >450 amu og antall tettheter som markant oversteg antall tettheter til omgivende atmosfæriske ioner. De store konsentrasjonene som ble målt tyder på at de massive ionene som ble observert inne i skyen stammet fra CI-er i jetmotorene. Resultatene for lav FSC tyder på at de massive ionene består i det minste delvis av andre arter enn svovelsyre. Den målte talltettheten av ioner sank raskere enn forventet fra fortynning. En total negativ ionekonsentrasjon på >5 × 10 ⁴cm ⁻³ for en fjærealder på 1 s ble utledet. De målte dataene representerer nedre grenser på grunn av delvis tap av ioner på veggene til prøvetakingsrørene, og fra veksten av ladede partikler utover størrelsen som kan detekteres av instrumentet [ Arnold et al. , 1999 ; Wohlfrom et al. , 2000 ].

3.6. Ultrafin partikkel- og ionsammensetning og størrelsesfordeling under SVOV 6

[37] De tidligere målingene ga mye fremskritt med å identifisere antall ultrafine partikler, men størrelsesspekteret til partikler var fortsatt dårlig definert på grunn av manglende kontinuitet fra de minste klyngene til partiklene som kan måles optisk ved størrelser på ~100 nm og større. Dessuten avslørte første målinger med et nytt LIOMAS-instrument overraskende store ioner i eksosfjæren til DC8 (0,5 til 1,5 s skyvealder) under POLINAT 2-eksperimentet. Gassformig H ₂ SO ₄ ble i tillegg påvist av SIOMAS i eksosfjæren til DC8 (omtrent 3 × 10 ⁹ cm ⁻³ ved 1 s skyvealder), muligens på grunn av den lavere alderen på skyen sammenlignet med A310-saken (detaljer skal beskrives andre steder).

[38] Derfor ble S6 utført. Målekonseptet forble stort sett uendret sammenlignet med S5. Imidlertid ble den alternativt opererende oppvarmingsdelen av CPC-ene ( d > 14 nm) erstattet av en parallell overvåking av den ikke-flyktige aerosolfraksjonen med d > 10 nm, og det ble brukt stor innsats for å oppnå en mer detaljert størrelsesoppløsning for kjerner og Aitken-modusaerosoler . Videre ble et sotfotometer og et nefelometer integrert for en uavhengig bestemmelse av aerosolabsorpsjons- og spredningskoeffisientene. FSSP-300 ble modifisert for deteksjon av iskrystallkonsentrasjoner større enn 5000 cm ⁻³ved ytterligere overvåking av sondens elektroniske “aktivitet” for å bestemme og korrigere for den faktiske dødtidsbrøken under målingen [ Schröder et al. , 2000a ]. For første gang ble partikkelstørrelsesfordelingene fra 3 til 60 nm diameter bestemt ved bruk av et utvidet sett med 10 CPCer som ble operert parallelt med suksessivt økende lavere størrelsesdeteksjonsgrenser ( tabell 2 ). Ved normalisering med samtidig målte CO ₂ -konsentrasjoner ble en tilsynelatende partikkelutslippsindeks (PEI) bestemt [ Brock et al. , 2000 ; Schröder et al. , 2000b ]. Dessuten et forbedret LIOMAS-instrument med økt masseområde (1–8500 amu) [ Wohlfrom et al., 2000 ] og et forbedret VACA-instrument ble forsynt med reduserte overflater i det interne varmesystemet som reduserte mulige veggtap, og instrumentet ble kalibrert med svovelsyre/vannaerosolpartikler i laboratoriet [ Curtius og Arnold , 2001 ].

[39] In situ-målinger ble utført ved cruisehøyder bak ATTAS og et B737-fly. Målinger ble gjort 0,15–20 s etter utslipp da kildeflyet brente drivstoff med ulike FSC-er, se tabell 4 . Målinger av ultrafine aerosolpartikler viste at ikke-sotpartikler var tilstede i høye konsentrasjoner [ Schröder et al. , 2000b ; Brock et al. , 2000 ]. Det faktisk detekterte antallet partikler som dannes tilsvarer partikkel-EI-er som overstiger 1 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ og 2 × 10 ¹⁶ kg ⁻¹for henholdsvis partikler >3 nm og >5 nm. Følgelig ble de sanne konsentrasjonene av flyktige aerosoler (inkludert fraksjonen under 3 nm) estimert til å overstige 2 × 10 ¹⁷ kg ^-1 . Utslipp av flyktige partikler endret seg ikke signifikant med FSC da FSC ble redusert til under 100 μg/g. De målte partikkelutslippene øker med fjærens alder. Konsentrasjonene av partikkeltall er mye mindre (med omtrent en faktor 4–8) i støter ved omgivelsesforhold der det dannes støt, enn i støter uten støt. Eksperimentene gir igjen klare indikasjoner på at ikke-sulfatforbindelser, mest sannsynlig kondenserbare hydrokarboner, begynner å dominere den flyktige partikkelsammensetningen når FSC synker under ca. 100 μg/g. EI for flyktige partikler er kun svakt avhengig av motortypen.

[40] I tillegg til resultatene av S4 og S5, ble S6 brukt til å bestemme utslippene av sot (ikke-flyktige partikler) fra ATTAS, A310 og B737 [ Petzold et al. , 1999 ]. Sotantalltettheter varierte fra 3,5 × 10 ¹⁴ (B737) til 1,7 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹ (ATTAS), med tilsvarende masse EI-er på 0,011 g kg ⁻¹ til 0,1 g kg ⁻¹. Kombinasjonen av sotfotometer og integrerende nefelometer viste en aerosol enkeltspredningsalbedo på ca. 1 utenfor skyen og <0,01 inne i skyen, noe som tydelig indikerte at den desidert største andelen av emitterte partikler består av svart karbon. I tillegg ga sotfotometeret for første gang en direkte måling av den avgitte sotmassen under flyging som stemte veldig godt overens med sotmassekonsentrasjonene beregnet fra målte størrelsesfordelinger [ Petzold et al. , 1999 ].

[41] En ny korrelasjonsmetode ble satt opp for å estimere masse EI basert på tilgjengelige bakkemålinger. De målte og beregnede verdiene stemmer overens med ca. 10 % ved cruiseforhold. Korrelasjonsmetoden ble brukt til å estimere gjennomsnittlig EI for sot av den globalt opererende flyflåten i 1992 til å være 0,038 g kg ⁻¹ [ Petzold et al. , 1999 ].

[42] Konsentrasjoner av iskrystaller inne i unge bunnlinjer ble målt med den forbedrede FSSP-300 for å nå 4 × 10 ⁴ cm ⁻³ og 8–10 × 10 ⁴ cm ⁻³ for B737 (fjæralder 0,4 s, FSC = 2,6 μg/ g) og ATTAS (1 og 20 s, 2,6 og 118 μg/g). Resultatene ble bekreftet ved ekstrapolering av målinger utført ved større avstander og tilsvarer PEI-er på 3,6 × og 15 × 10 ¹⁴ kg ⁻¹ med ca. 50 % usikkerhet.

[43] Totale svovelsyrekonsentrasjoner ble målt bak B737 med massespektrometerinstrumentet VACA i den svært unge fjæren (>0,15 s). Dessverre var de øvre FSC-verdiene for drivstoffet levert på flyplassen i München (56 μg/g) ganske små. Svovelsyre (opptil 8 × 10 ⁹ cm ⁻³ eller ca. 600 pmol mol ⁻¹ ) produsert fra drivstoffsvovel ble oppdaget når motorene brente drivstoff med FSC = 56 μg/g, men for ekstremt lav FSC = 2,6 μg/ga lett forsterket (med hensyn til bakgrunnen) H ₂ SO ₄ konsentrasjon ble registrert kun på den korteste avstanden. Fra den samtidige CO ₂ og H ₂ SO ₄målinger en konverteringsfraksjon av brennstoffsvovel til H ₂ SO ₄ på ε = 3,3 ± 1,8 % ble utledet for tilfellet med FSC = 56 μg/g [ Curtius et al. , 2002 ]. ε-verdien er større enn den nedre grensen ε på 0,34 % for ATTAS, muligens på grunn av den forskjellige motoren (se nedenfor). Men den høyere verdien oppstår også på grunn av reduserte og kalibreringskorrigerte tap i innløpsveggen. Dette er den første absolutte og direkte målingen av konverteringsfraksjonen av svovel i drivstoffet i et flys eksos. Den direkte metoden anses å gi resultater som er mer pålitelige enn de som er utledet indirekte fra aerosoldata.

[44] Til sammenligning, hvis den flyktige aerosolen inneholder bare H ₂ SO ₄ og H ₂ O, Brock et al. [2000] avledet 2,4 ± 0,8 % omdannelse fra aerosolstørrelsesfordelingen i diameterområdet 3 til 10 nm ved skyealder 0,4 til 0,6 s. På grunnlag av observert vekst av partikler med fjæralder forventet de 2–3 ganger større verdier i den modne fjæren. En analyse av CPC-dataene med modellen av Kärcher et al. [2000] (beskrevet nedenfor) antyder enda større (faktor 10) økninger i aerosolvolum med 3 s plumealder, slik at dette ikke kan brukes til å utlede en realistisk øvre grense for ε.

[45] Både negative og positive CI-er ble målt av LIOMAS under flukt i ATTAS-fjæren ved 0,6- og 6,2-sekunders fjær [ Wohlfrom et al. , 2000 ]. Massive ioner ble påvist med et kvadrupol massespektrometer med høy følsomhet og lav massediskriminering. Den drives i en integrert høypassmodus der alle ioner over en lavere cutoff-masse passerer quadrupol-stavsystemet og detekteres av en kanalelektronmultiplikator; skanning av cutoff-massen resulterer i et integrert massespektrum. CI-massefordelinger ble oppnådd for massetall opp til 8500 amu, og i tillegg ble det totale antallet CI-er som overskred denne størrelsesgrensen bestemt.

[46] Både positive og negative CI-er ble funnet å være veldig massive selv når nesten svovelfritt drivstoff ble brent i ATTAS-motorene (FSC på 2 μg/g). Observerte positive CI-er har en mindre gjennomsnittlig masse sammenlignet med negative CI-er. De rå CI-dataene er CI-tellinger i vilkårlige enheter. Dataene ble normalisert for å passe til størrelsesspektra avledet fra CPC-tellerne, se figur 3 . De normaliserte CI-dataene utvider partikkelstørrelsesspektrene til området under 3 nm, den for tiden laveste påvisbare partikkelstørrelsen for CPC-er. Spektralformen til partikkelfordelingene målt ved CPCer [ Schröder et al. , 2000b ] og oppdaget av IOMAS [ Wohlfrom et al. , 2000] for første gang løser hovedmodusposisjonen nær 3 nm diameter. De positive CI-konsentrasjonene har et maksimum nær d = 1,5 nm. Størrelsesfordelingen til positive ioner var lik for to FSC-verdier (2 og 118 μg/g), mens størrelsesfordelingen til de negative CI-ene ble forskjøvet mot større størrelser. For FSC = 118 μg/ga ser betydelig antall av ionepopulasjonen ut til å være større enn 2,8 nm [ Wohlfrom et al. , 2000 ]. Lignende oppførsel ble modellert i detaljerte numeriske simuleringer [ Yu et al. , 1999 ]. I bakkebaserte målinger ble det ikke observert noen signifikant CI-vekst når FSC ble hevet fra 2 til 66 μg/g [ Kiendler et al. , 2001]. Derfor, mens de positive CI-ene ikke vokser sterkt fra svovel, men mer sannsynlig fra hydrokarboner med lav flyktighet, vokser de negative CI-ene med økende FSC. CI-er er også tilstede i størrelsesområdet målt med CPC-er.

[47] Sammensetningsmålinger av negative og positive CI-er ble gjort med et nytt quadrupol ionefelle-massespektrometer. Målinger ble tatt bak ATTAS og andre jetmotorer på bakken og over en parafinbrennerflamme i laboratoriet av Kiendler et al. [2000a , 2000b] . Entydig massebestemmelse og identifikasjon av den kjemiske naturen til ioner ble utført. Målingene indikerer at svovelsyre ikke har en tendens til å kondensere sterkt på positive ioner og at positive ioner i eksos fra flymotorer fortrinnsvis inneholder organiske molekyler [ Kiendler et al. , 2000b ]. Dette stemmer overens med modellforutsetninger [ Yu et al. , 1999 ].

[48] Totale positive CI-konsentrasjoner i ATTAS-motoreksosen ved bakken ble målt [ Arnold et al. , 2000 ] ved bruk av en elektrostatisk sonde (Gerdien-kondensator). For en fjærealder på 12 ms, 1,4 m bak motorutgangen, var den positive ionekonsentrasjonen 1,6 × 10 ⁸ cm ⁻³ . Antall positive ioner avtar raskt med økende fjærealder, men er uavhengig av FSC. Når både ion-ion-rekombinasjon og plumfortynning er tatt i betraktning, ser det ut til at den initiale ionekonsentrasjonen ved motorens utgangsplan er ca. 1 × 10 ⁹ cm ⁻³ , tilsvarende et CI-tall EI på ca. 10 ¹⁷ kg ⁻¹ [ Arnold et al. , 2000]. En mer detaljert modellanalyse av Sorokin og Mirabel [2001] finner for de samme dataene en maksimal konsentrasjon for positive og negative ioner ved motorutgang ved bakken på 0,8 × 10 ⁹ cm ^–3 med en usikkerhet på ±30 %, som ikke er vesentlig forskjellig fra de ovennevnte 1 × 10 ⁹ cm ^–3 . Man bør merke seg at ionekonsentrasjonen sannsynligvis vil være mye større ved utgang av forbrenningskammer enn ved motorutgang [ Starik et al. , 2002 ].

3.7. Motorteknologiens innflytelse på strekk og partikler i svovel 7

[49] Det siste S7-eksperimentet ble utført for å teste påvirkningen av motoreffektivitet på dannelsen av sprosser. En slik påvirkning var forventet basert på S1 og i mellomtiden utledet fra mange individuelle kontrail-observasjoner under POLINAT og SUKSESS [ Jensen et al. , 1998a ; Kärcher et al. , 1998a ; Schumann , 2000], men det manglet direkte bevis for forskjellig spiraldannelse fra to fly med ulik motorvirkningsgrad. I forsøket ble det observert kontraildannelse bak to firemotors jetfly med forskjellige motorer som fløy vinge for vinge. De to kontraildannende flyene var en Boeing B707 og en Airbus A340. De to flyene ble valgt ut til denne testen fordi de moderne A340-motorene gir betydelig høyere motoreffektivitet enn de til den eldre B707 med lavere bypass- og trykkforhold, se tabell 3 . Det eksisterer et høydeområde, se figur 1d , der flyet med høy motorvirkningsgrad forårsaker kontrails, mens de andre flyene med lavere motorvirkningsgrad ikke forårsaker noen [ Schumann et al. , 2000b ]. Tabell 4 viser at alle kontrails ble observert i nært samsvar med Schmidt/Appleman-kriteriet.

[50] Aerosolmålingene i de unge plymene til A340 ( tabell 4 , nær flygenivå 314) og B707 (310) med typiske FSC-verdier (380 og 120 μg/g) og ved ikke-kontradannende forhold, ved tett separasjon ( 70 til 140 m; bestemt fra bilder, se figur 1f ) viser sterke forskjeller, se figur 4 . Antall ikke-flyktige (hovedsakelig sot) partikkelutslipp er omtrent 1 størrelsesorden større for B707 enn for A340, se tabell 6. Dataene i denne tabellen er basert på hendelser med maksimale konsentrasjoner av støt (12–15 i antall) inne i den unge fjæren, med typisk ±30 % usikkerhet. Volumstørrelsesspekteret til B707 domineres av partikler målt med PCASP. De optiske egenskapene til partiklene og volumspektrene er utledet under forutsetning av sfæriske sotpartikler som kan diskuteres. Sotmasse-EI-ene bestemt fra disse dataene, se tabell 7 , viser en trend mot mindre sotutslipp med mer moderne motorteknologi. Antallet flyktige partikkelutslipp påvist med diameter >5 nm (de fleste konsentrert i kjernemodusområdet) var enda mer forskjellig og på motsatt måte, se figur 4 og tabell 6 . Overflate- og volumtetthetene varierer også sterkt, seTabell 6 . Det tilgjengelige aerosoloverflatearealet i den unge, noncontrail-fjæren er bundet til det nedre akkumuleringsmodusområdet rundt 100 nm diameter for B707-dekselet, men endret mye til Aitken-modus (~50 nm) for A340-dekselet. PEI for A340 er omtrent 10 ganger større enn for B707, se tabell 8 . Forskjellene i motorene går sammen med forskjellene i EI for CO som vi målte under disse flygingene: A340, 1,9 g kg ⁻¹ ; B707, 14,4 g kg ⁻¹ . Mens de gamle motorene slipper ut flere aerosoler i massevis, bidrar de moderne motorene med et større antall (ultrafine) partikler.

Tabell 6. Aerosolkonsentrasjoner i Young Plume Bak A340- og B707-flyene under S7, og i bakgrunnens øvre troposfære

Aerosoldata a	Enhet	A340	B707	Bakgrunn
Totale aerosoler
Antall d > 5 nm	cm −3	4 × 10 6	3 × 10 5	500
Antall d > 14 nm	cm −3	5 × 10 5	2 × 10 5	420
Flate	μm 2 cm −3	3000 (70)	1900 (1100)	5
Volum	μm 3 cm −3	15 (2)	32(28)	0,2
Ikke-flyktige partikler
Antall d > 10 nm	cm −3	0,15 × 10 5	1,5 × 10 5	<50

• a Konsentrasjoner per volumenhet; tall i parentes angir bidragene fra partikler målt med PCASP; estimert fjærealder 0,4 til 0,8 s; konsentrasjoner er oppgitt for plumforhold med fortynningsfaktor 5000, basert på temperatur- og fuktighetsøkninger målt i plumen. Usikkerheten er typisk ±30 %. Den totale antall partikler med d > 5 nm bak A340 kan nå så høyt som 10 ⁷ cm ⁻³ fordi CPC-telleren av typen TSI 3760A som ble brukt var nær metning (tilfeldighetskorreksjon inkludert).

Tabell 7. Sotmasse- og tallutslippsindekser ved cruise- og røyktall ^a

Fly	EI sot , g kg −1	PEI- sot , 10 15 kg −1	SN på 100 %	SN på 30 %
B707	0,5 ± 0,1	1,7 ± 0,3	54,5	na
ATTAS	0,1 ± 0,02	1,7 ± 0,35	46,3	10.9
A310	0,019 ± 0,01	0,6 ± 0,12	5.8	na
B737	0,011 ± 0,005	0,35 ± 0,07	4	2.5
B747		0,27, 0,45	16,0	na
DC10		0,46	11.4	1.6
A340	0,01 ± 0,003	0,18 ± 0,05	12.6	1.0

• a EI- _sot og PEI- _sot : sotmasse og antall utslippsindekser per masseenhet forbrent drivstoff; røyknummer (SN) ved to effektinnstillinger fra ICAO [1995] så langt det er tilgjengelig; data for ATTAS, A310 og B737 fra Petzold et al. [1999] ; for B747 og DC10 fra målinger utført av University of Missouri-Rolla [ Schumann et al. , 2000a ]; B707 og A340 fra dette arbeidet. EI _sot verdier ble avledet ved å anbringe bimodale fordelinger log-normal til den PCASP og de ikke-flyktige CPC-data, se figur 4 [ Petzold et al. , 1999].

Tabell 8. Konverteringsfraksjon av brennstoff svovel til svovelsyre og partikkeltallsutslippsindekser fra ulike studier ^a

FSC, μg g −1	Fly	Motor	Eksperiment, betingelser	Teknikk	Plume Age, s	ε, %	d , nm	PEI- sot , 10 15 kg −1	PEI totalt , 10 15 kg −1	Henvisning
2.6	B737	CFM56-3B1	S6, ingen kontrail	CPC	0,2–0,6	>17 ± 6 b	3	0,35	60	Brock et al. [2000] , Schröder et al. [2000b]
	ATTAS	Mk501		CPC	0,5–7	>20–80 b	4	1.8	100	Schröder [2000] , Schröder et al. [2000b]
20	ATTAS	Mk501	S5, ingen kontrail	CPC/modell	0,8–10	>55 f	5	1.7	5–20	Kärcher et al. [1998b] , Yu et al. [1998]
				H 2 SO 4 -CIMS	>0,5	0,34 < ε < 4,5 b	…	…	…	Curtius et al. [1998] , dette verket
56	B737	CFM56-3B1	S6, ingen kontrail	CPC	0,2–0,6	>2,4 ± 0,8 b	3	0,35	90	Brock et al. [2000] , Schröder et al. [2000b]
				H 2 SO 4 -CIMS	>0,15	3,3 ± 1,8	…	…	…	Curtius et al. [2002]
72	B757	RB211	SUKSESS, kontrail	CPC	0,2–80	8 ± 3 b	4	0,2–0,9	1–2	Miake-Lye et al. [1998]
				SO 2 -CIMS	0,2–80	6 (0–34)	…	…	…	Miake-Lye et al. [1998]
				CPC		8 b	4	0,6 ± 0,1	1,4 (0,8–2)	Anderson et al. [1998b]
				DMA	10–100	19 b	8	0,07 c	0,28 c	Hagen et al. [1998]
				slagkraft		37 b	20	0,17 c	…	Pueschel et al. [1998]
118	ATTAS	Mk501	S6, ingen kontrail	CPC	>0,5	2,3 b	3	1.8	150	Schröder et al. [2000b]
120	B707	JT3D-3B	S7, ingen kontrail	CPC	0,4–0,7	(0,4–21) b	5	1.7	6	denne jobben
170	ATTAS	Mk501	S2, kontrail	CPC/modell	20	(0,4–1,8) b	7		8	Schumann et al. [1996] , Yu og Turco [1998a]
212	ATTAS	Mk501	S3, grunn	CIMS (IOMAS)	0,0066	1.2	…		…	Arnold et al. [1998a]
230	Concorde	Olympus 593	Mach 2, ingen kontrail	CPC	780–3360	>12, b >46 f	9	43–87	17–650	Fahey et al. [1995]
				slagkraft	1107–1708	…	50	0,008 c		Pueschel et al. [1997]
240	B747		POLINAT	DMA	84–90	0,4–21,7 b	12	0,54	3.5	Konopka et al. [1997]
260	B747		POLINAT	DMA	119	1,1–40,7 b	12	0,46	8.4	Konopka et al. [1997]
265	DC10		POLINAT	DMA	76–88	0,9–36,8 b	12	0,27	10.1	Konopka et al. [1997]
380	A340	CFM56-5C4	S7, ingen kontrail	CPC	0,5–0,8	(1,6–22) b	5	0,18	48 (32–100)	denne jobben
480	A340	CFM 56-2C1	POLINAT 2, kontrail	CPC	100	…	5	1.6	19–23	Schumann et al. [2000a]
676	B757	RB211	SUKSESS, kontrail	CPC	0,2–80	>15 (±7) b	4	0,2–0,9	10–100	Miake-Lye et al. [1998]
				SO 2 -CIMS	0,2–80	31 (15–52)	…			Miake-Lye et al. [1998]
				CPC		15 b	4	0,5 ± 0,2	15 (4–40)	Anderson et al. [1998b]
				DMA	10–100	26 b	8	0,28 c	2,6 ± 0,4 c	Hagen et al. [1998]
				slagkraft	33	10–26 f	20	0,7–5,2 c	…	Pueschel et al. [1998]
690	DC8	CFM 56-2-C1	POLINAT 2, kontrail	DMA	1–5	…	7	0,011 c		Paladino et al. [2000]
1000	…	moderne motor	LH teststed Hamburg	CIMS (IOMAS)	0,2	>0,4	…	…	…	Frenzel og Arnold [1994]
2700	ATTAS	Mk501	S5, ingen kontrail	CPC	>0,5	1,8 b	5	1.7	200	Kärcher et al. [1998b] , Yu et al. [1998]
				H 2 SO 4 -CIMS	>0,5	0,34 < ε < 1,8 b	…	…	…	Curtius et al. [1998] , dette verket
5500	ATTAS	Mk501	S2, kontrail	CPC + modeller	20	(0,4–1,8) b	7	…	10	Schumann et al. [1996] , Yu og Turco [1998a]

• a Tabellen er sortert etter brennstoff svovelinnhold (FSC); ε = omdannelsesmolfraksjon, d = cutoff-diameter, PEI- _sot og PEI- _total = partikkeltallutslippsindekser for ikke-flyktige eller “sot”-partikler og totale (inkludert flyktige) partikler per masseenhet forbrent drivstoff. Verdier i parentes angir mulig rekkevidde av resultater fra eksperimentene.
• b Beregnet ut fra partikkelvolum og forutsatt at partiklene utelukkende er sammensatt av svovelsyre og vann, betegnet med epsilon-stjerne i teksten.
• c Verdiene utledet fra DMA- og slaginstrumenter avviker fra CPC-dataene, muligens på grunn av tap av innløpsvegger, andre grensestørrelser eller mindre oppsamlingseffektivitet.

[51] Hvis man skulle anta at det flyktige materialet består av kun svovelsyre og vann, ville en volumtetthet v av flyktig aerosol ( tabell 6 ) innebære en konverteringsfraksjon ε* = ρ _syre v x _syre N 32/(98 FSC ρ), med syretetthet ρ _syre = 1,8 g cm ⁻³ , syremassefraksjon x _syre = 0,92, lufttetthet ρ og fortynningsfaktor N= 5000. Dette gir ε* = 1,6, 22 og 25 % for A340 og 0,4, 21 og >100 % for B707, avhengig av om man beregner volumet bare fra antallet flyktige partikler som telles med CPC-ene og deres cutoff-diametre på 5 og 14 nm, eller tar verdiene utledet fra volumfordelingen som er oppført i tabell 6 uten eller med volumet målt med PCASP. Maksimalverdiene er klart urealistiske. Disse betraktningene viser det store usikkerhetsspekteret til slike estimater.

[52] Målingene under flygingen i kjølvannene til A340- og B707-flyene med LIOMAS-instrumentet bekreftet at allerede 70 til 140 m bak motoren, har 50–60 % av de negative CI-ene dannet under forbrenning vokst til masser på mer enn 8500 amu, spesielt for A340.

4. Diskusjon

4.1. Drivstoff svovel til svovelsyre konverteringsfraksjon

[53] Konverteringsfraksjoner ε (per molekyl) avledet fra SVOLV-eksperimentene, så vel som fra SUKSESS (målinger bak en B757 [ Miake-Lye et al. , 1998 ]), Concorde [ Fahey et al. , 1995 ], fra Lufthansa bakketestanlegg [ Frenzel og Arnold , 1994 ], og fra POLINAT 2 [ Schumann et al. , 2000a ] er samlet i tabell 8. Tabellen samler inn data for ulike lavere cutoff-størrelser av partikkeltellere, skyalder fra 0,15 til 3360 s, FSC-verdier fra 2,6 til 5500 μg/g, ulike instrumentteknikker, ulike metoder for indirekte å utlede ε-verdier, og ulike fly/motorer. kombinasjoner på cruise eller på bakken. Tabellen utvider en lignende av Brock et al. [2000] .

[54] De eneste direkte målingene av svovelsyre i eksosrøret til cruisefly er de som er oppnådd for ATTAS- og B737-flyene. Målingene bak ATTAS viser en omdannelse av brennstoffsvovel til svovelsyre med fraksjon ε > 0,34 % [ Curtius et al. , 1998 ], i samsvar med direkte målinger ved bakken under S3 (ε = 1,2 %, ved FSC på 212 μg/g) [ Arnold et al. , 1998a ], og i samsvar med det tidlige resultatet (ε > 0,4%) målt ved bakken av Frenzel og Arnold [1994] . Mengden flyktig materiale funnet ved høy FSC antyder ε < 1,8 % [ Yu og Turco , 1998a ; Kärcher et al. , 1998b ; Yu et al., 1998 ], og de kombinerte VACA/CPC-funnene antyder ε < 4,5 % ved lav FSC for ATTAS. For B737 er ε målt til å være 3,3 ± 1,8 % for den ganske lave FSC på 56 μg/g [ Curtius et al. , 2002 ].

[55] Ellers er de oppførte tilsynelatende ε-verdiene (angitt med ε*) utledet fra målinger av volatile partikkelvolum i den unge eksosplommen for forskjellige FSC-verdier. For lave FSC-verdier innebærer noen av resultatene ε* > 50 %. Aerosoldataene med lavt svovelinnhold som ble målt bak ATTAS ville innebære enda større ε*-fraksjoner enn avledet andre steder, og resultatene for B707 og A340 er innenfor samme område som SUKSESS-resultatene [ Toon og Miake-Lye , 1998 ]. Slike store konverteringseffektiviteter kan ikke forklares med svovelsyredannelse med modellberegninger for rimelige motorutslipp [ Brown et al. , 1996b ; Lukachko et al. , 1998 ; Tremmel og Schumann , 1999 ;Miake-Lye et al. , 2001 ; Starik et al. , 2002 ], og de er heller ikke konsistente med målinger ved bakken [ Arnold et al. , 1998a ; Hunton et al. , 2000 ]. Den aerosol-avledede ε* avhenger sterkt av cutoff-diameterendover som mer enn 50 % av partiklene telles; på muligens en forbedret telleeffektivitet for ladede klynger; på bredden av detektoren størrelse følsomhet, spesielt for litend; på formen til aerosoltallspekteret som foldes sammen med detektorsensitivitetsfunksjonen; på veggtap av små eller svært store partikler i innløpet [ Cofer et al. , 1998], muligens med økt veggtap for ladede partikler; og på berikelseseffekter på grunn av ikke-isokinetisk prøvetaking av ispartikkelrester. En 21 % usikkerhet i d , som kan forventes [ Wilson et al. , 1983 ; Brock et al. , 2000 ; Schröder et al. , 2000b ], innebærer 50 % usikkerhet i ε*. Variasjoner i partikkeltellerfølsomheten og aerosolspekteret kan forårsake opptil 50 % usikkerhet i ε* for d < 10 nm hvis ikke nøye korrigert [ Brock et al. , 2000 ]. Deteksjonssensitiviteten til en CPC overfor ladede molekylklynger er ukjent [ Yu og Turco , 1998b]. En stor anrikning av rester fra iskrystaller større enn ca. 1 μm kan ikke utelukkes dersom fremtidsrettede aerosolinntak brukes [ Konopka et al. , 1997 ]. Av samme grunn teller ikke det interstitielle aerosolinnløpet den flyktige aerosolen som er inneholdt i ispartikler i kontrail [ Schröder et al. , 2000b ]. Brock et al. [2000] konkluderte med en relativ usikkerhet på ±38 % for ε*-verdiene utledet for B737 ved FSC = 56 μg/g, inkludert usikkerheter i FSC. Ellers må det antas at mye av spredningen i de rapporterte ε*-verdiene skyldes usikkerhet hovedsakelig med hensyn til partikkelsammensetning.

[56] Den sterke økningen i aerosolen avledet ε* for små FSC-verdier indikerer at andre kondenserbare gasser enn svovelsyre bidrar til dannelsen av flyktige partikler i den unge eksosfjæren, som opprinnelig foreslått av oss under paneldiskusjonen på International Colloquium “Empact of Aircraft Emissions On the Atmosphere,” Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatial (ONERA), Chatillon, Paris, 15.–18. oktober 1996. Formodningen ble introdusert for å gi en forklaring på den store svovelkonverteringsfraksjonen ε som er rapportert. av Fahey et al. [1995] fra Concorde-målingene. Disse målingene kan bare forklares under antakelsen om at en stor del av brennstoffsvovelet (25 til 60%) omdannes til S ^VI (H)₂ SO ₄ + SO ₃ ), allerede før de forlater motorutgangen [ Danilin et al. , 1997 ; Kärcher og Fahey , 1997 ; Yu og Turco , 1998b ]. Alternative forklaringer i form av CIer [ Yu og Turco , 1997 , 1998b ] eller oksidasjon til ^SVI i skyen ved en “ukjent” kjemi [ Danilin et al. , 1997 ] kunne ikke forklare den store mengden flyktig materiale som finnes bak Concorde og i unge eksosplymer. I lys av målte OH-konsentrasjoner dannet i skyen hovedsakelig ved fotolyse av salpetersyre [ Hanisco et al. , 1997] og nye laboratoriestudier, kan større svoveloksidasjon i den aldrende skyen utelukkes [ Rattigan et al. , 2000 ]. En innsats utført av Konopka et al. [1997] for å utlede svovelsyreinnholdet i flyktige partikler fra de målte partikkelstørrelsesspektrene oppnådd under POLINAT indikerte at selv 100 % konvertering fra brennstoffsvovel ikke ville være tilstrekkelig for å forklare det målte volumet av flyktig materiale i eksosaerosoler i noen tilfeller, men oversampling av ispartikler som inneholder flyktige partikler kunne ikke utelukkes. Disse diskusjonene motiverte studier til å se etter hydrokarboner med lav flyktighet, muligens inkludert aldehyder, alkener og alkyner [ Kärcher et al. , 1998b ; Yu et al. , 1999]. Organisk materiale ble målt i sot av Petzold og Schröder [1998] . Bevis for eksistensen av organiske materialklynger i eksosen er gitt av “OHC-ioner” som inneholder C- og H-atomer og delvis også O-atomer i negative CI-er målt av Kiendler et al. [2000a] .

[57] Motorkjemimodeller innebærer en reduksjon av ε med voksende FSC på grunn av den begrensede mengden oksiderende radikaler som er tilgjengelige ved forbrenningsovnens utgang. For ATTAS-motoren, Brown et al. [1996b] beregnet ε = 6 % og 1 % for FSC = 2 og 5400 μg/g, svært nær de øvre grensene utledet for ε i denne artikkelen. Andre studier [ Lukachko et al. , 1998 ; Tremmel og Schumann , 1999 ; Starik et al. , 2002 ] utledet en svakere avhengighet av FSC. De fleste flyktige aerosoldata antyder en sterk reduksjon av ε* med økende FSC, men dette kan være misvisende på grunn av mulige organiske komponenter. Økningen i konverteringsfraksjon med FSC avledet fra SO ₂ , CO₂ , og FSC-data [ Miake-Lye et al. , 1998 ] er sannsynligvis en artefakt på grunn av problemer med å måle FSC, og presisjonen til SO ₂ og CO ₂ dataene tillater ikke å bestemme den ikke-målte S ^VI- fraksjonen som en rest for konverteringsfraksjonsverdier under 10 til 20 % [ Hunton et al. , 2000 ].

[58] ATTAS ε*-verdiene på 55 og 1,8 % for 20 og 2700 μg/g FSC kan forenes med ε* på 1,4 % og 40 μg/g avgitt kondensert organisk materiale, men andre ε* − FSC-datapar vil innebære forskjellige mengder organisk materiale fra 1 til 400 μg/g (med maksimalt beregnet for Concorde) for samme konverteringsfraksjon.

[59] Svovelkonverteringsfraksjonen ε kan avhenge av motoren og dens driftstilstand. En motorkjemimodell [ Tremmel og Schumann , 1999 ] har blitt brukt for å beregne ε for de termodynamiske forholdene til ATTAS- og B737-motorene under S5 og S6. Simuleringene (se tabell 9) utbytte ε = 3,4–3,7 % for ATTAS-motoren og ε = 5,6–5,9 % for B737 (FSC = 100 μg/g i begge tilfeller). De beregnede verdiene er innenfor rekkevidden av målte verdier og viser samme trend. ε-verdien er høyere for B737-motoren enn for ATTAS på grunn av høyere temperatur og trykk bak forbrenningskammeret. Modellen påføres med en foreskrevet eksponentiell temperatur og trykkreduksjon med tiden fra forbrenningskammeret går ut til motorutgangen tilpasset motordata. Med en annen modell og for en annen motor (RB211-524B, trykkforhold 28) med enda høyere forbrenningsutgangstrykk og temperatur, Starik et al. [2002] , se tabell 9, beregne ε opp til 10 %, og bekreft økningen av ε med brennerens utgangstrykk og temperatur. Dette støttes videre av en analyse av S ^VI- dannelse som funksjon av trykk og temperatur i en likevektsmodell [ Miake-Lye et al. , 2001 ]. Faktoren 6 til 18 større antall flyktige partikler større 5 nm målt bak A340 sammenlignet med B707 (se tabell 6 og 8 ) tyder også sterkt på at ε er større for motorene til A340 med høyt trykkforhold sammenlignet med de til eldre B707. Parametrene til Concorde-motorene (Olympus 593 Mk610) [ Deidewig , 1998] er mellom B737-motoren og RB 211 (trykkforhold 10,6, forbrenningslufttrykk og temperatur 9000 hPa og 1430 K, ingen bypass, total fremdriftseffektivitet 0,4 ved cruise med Mach 2, og maksimalt antall røyk ved bakken uten etterbrenner på 26.4). Som nevnt før ble noen av de raske flyene jaget av Falcon operert med reduserte kraftinnstillinger. Derfor kan muligheten for større verdier for visse motorer og driftsforhold, med høyere forbrenningstrykk, ikke utelukkes fra målingene.Tabell 9. Beregnet motorparametere og konverteringsbrøker ε sammenlignet med målinger

Fly	Motor a	Flynivå, hft	Utgangstemperatur for brenner, K	Brennerutgangstrykk, hPa	Alder ved motorutgang, ms	Temperatur ved motorutgang, K	Trykk ved motorutgang, hPa	ε, %, Beregnet	ε, %, Målt
ATTAS	Mk501	310	1154	5243	5.2	581	288	3.4	0,4–4,5
ATTAS	Mk501	260	1154	5727	5.4	599	360	3.7	0,4–4,5
B737	CFM56	350	1237	6050	6.5	544	238	5.9	3,3 ± 1,8
B737	CFM56	260	1209	5987	7.5	592	360	5.6	3,3 ± 1,8
B747	RB 211	350	1540	11 000	4.6	598	220	9.6	…

• a Cases ATTAS og B737 fra G. Tremmel (personlig kommunikasjon, 1999); sak B747 fra Starik et al. [2002] .

[60] En konvertering av ε gir en ekvivalent H ₂ SO ₄ -utslippsindeks ε × FSC × 98/32, hvor 98/32 er molekylvektforholdet for H ₂ SO ₄ og S. For ε = 3 % og en typisk FSC = 400 μg/g får man en ekvivalent EI(H ₂ SO ₄ ) på 0,04 g H ₂ SO ₄ kg ⁻¹ . Dette er sammenlignbart med gjennomsnittlig EI- _sot på 0,04 g kg ⁻¹ , men overskrider markant EI- _sot på 0,01 g kg ⁻¹ for moderne jetmotorer. Hvis gjennomsnittsdiameteren til de flyktige partiklene er 5 nm, og deres tetthet er nær 1,5 g cm ⁻³ , så 10¹⁷ slike partikler per kilo tilsvarer en masse EI på 0,01 g kg ⁻¹ . Den utledede EI for flyktig materiale er mindre enn EI(H ₂ SO ₄ ). Derfor, for typiske FSC-verdier, forblir svovelsyre det viktigste kondenserte materialet i skyen ved siden av vann.

4.2. Sot og flyktige partikler

[61] I tillegg viser tabell 8 partikkeltallutslippsindeksene (PEI) for totale (flyktige og ikke-flyktige) og sotpartikler avledet fra de ulike målingene. Fra SVAVEL-eksperimentene er verdiene PEI = Δ c N/ρ utledet fra de målte partikkelkonsentrasjonene Δ c over bakgrunn, lufttetthet ρ og fortynningsfaktor N (masse av avgasser per enhet masse forbrent drivstoff), med N bestemt fra målte sporstoffer for drivstofforbruk (CO ₂ -konsentrasjon eller temperaturøkning over omgivelsesverdier; se for eksempel figur 2 ), eller fra den observerte rømmens diameter, eller skyens alder og en empirisk fortynningslov [ Schumann et al., 1998 ].

[62] PEI for sotpartikler >50 nm identifisert i Concorde-fjæren med impactorer [ Pueschel et al. , 1997 ] (beregnet fra EI _sot = Δ c EI _CO2 M _luft /{ M _CO2 ρ Δ[CO ₂ ]} og dataene fra Pueschel et al. [1997] : Δ c = 0,21 cm ⁻³ , EI _CO2 = 3,16 , M _luft = 29, M _CO2 = 44, ρ = 0,17 kg m ⁻³ , Δ[CO ₂ ] = 0,34 × 10 ⁻⁶ ) er 10 ⁴ganger mindre enn PEI for ikke-flyktige partikler >9 nm talt med CPCer [ Fahey et al. , 1995 ]; kompatibilitet mellom begge tallene og den rapporterte sotmasseutslippsindeksen på 0,07 ± 0,05 g/kg [ Pueschel et al. , 1997 ] ville kreve en volummidlere sotdiameter <13 nm, noe som ikke støttes av andre observasjoner. Målingene oppnådd med CPC-er bak flere subsoniske fly varierer fra 2 × 10 ¹⁴ til 3 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹ . Figur 5 viser at sot-EI-ene målt for ATTAS og B737 ikke er avhengig av FSC. Utslippene varierer hovedsakelig på grunn av ulik motorteknologi, se tabell 7, og viser den samme trenden som røyktallsdataene til ICAO [1995] for lavere enn normale cruisekraftinnstillinger. De moderne motorene til B737, B747, A310, A340 og DC10 har omtrent en faktor 10 mindre sot-EI enn de eldre ATTAS og B707. For partikkelstørrelsesfordelingen til moderne motorer er flyflåten fra 1992 beregnet til å slippe ut 1,2 × 10 ¹⁵ kg ^-1 sotpartikler i gjennomsnitt [ Petzold et al. , 1999 ]. Litt større verdier målt i den nordatlantiske flykorridoren kan inkludere noen flyktige fraksjoner [ Anderson et al. , 1999a ].

[63] For flyktige partikler viser målingene generelt svært store PEI-er fra mindre enn 10 ¹⁵ til mer enn 10 ¹⁷ kg ⁻¹ økende med synkende cutoff-diameter d og økende FSC. Figur 6 oppsummerer SVVOLV-resultatene i ikke-kontra-dannende skyer. PEI for flyktige partikler større enn 5 nm øker med en faktor 10 for en økning av FSC fra 2,6 til 2800 μg/g. Utslipp av partikler større 14 nm øker med en faktor på 5 over dette området. Ytterligere data er tilgjengelig fra SNIF III-eksperimentene, som viser en maksimal PEI på 8,7 × 10 ¹⁷ kg ^-1partikler større 4 nm ved brenning av drivstoff i en etterbrenner (muligens forsterker CI-formasjonen) av et F-16 jagerfly [ Anderson et al. , 1999b ]. En del av variasjonen i PEI-verdiene skyldes ulike motorer og flyforhold. PEI-verdien til B707 er lavere enn for A340, muligens på grunn av mer sot og dermed mer fjerning av flyktige aerosoler. ATTAS er i mellom disse teknologiene. Ultrafine CN-økninger målt med forskjellige metoder i forhold til nitrogenoksidøkninger i minutter til 10 timer gamle flyplumer avslørte PEI-verdier mellom 10 ¹⁶ og 1,2 × 10 ¹⁷ kg ^-1 [ Schlager et al. , 1997 ; Anderson et al. , 1999a].

[64] Dataene kan ikke forklares med den klassiske teorien om binær homogen kjernedannelse av H ₂ SO ₄ med H ₂ O. Denne teorien innebærer PEI-verdier for d > 3 nm som er langt under PEI-resultatene målt for FSC <1000 μg/ g og vokse brattere enn lineært med FSC, forskjellig fra det som er observert [ Kärcher et al. , 2000 ]. Dataene kan bare forklares når man tar ioneindusert kjernedannelse og ioneforsterket koagulering i betraktning. For å matche dataene er modellene [ Yu et al. , 1998 ; Kärcher et al. , 2000 ] krever en innledende total ionekonsentrasjon ved motorutgang på 4 × 10 ⁸ cm ⁻³ved temperatur T = 600 K og trykk p = 220 hPa, eller et ion EI på 2 × 10 ¹⁷ CIs per kg forbrent drivstoff. Disse antakelsene er tilnærmet konsistente med antall ioner målt ved bakken med en Gerdien-kondensator [ Arnold et al. , 2000 ]. Modellene inkluderer ikke klyngevekst inne i motoren før de når utgangen. Detaljene om dannelse, dynamikk og partikkelkjernedannelse for ioner, svovelsyre og kondenserbare hydrokarboner fra forbrenningsovnens utgang til dyseutgangen er ennå ikke modellert.

[65] Mye av variasjonen i flyktige aerosoler kan forklares i form av forskjellig størrelsesfølsomhet til CPC-instrumentene, aldre og FSC-verdier. Kärcher et al. [2000] ga en analytisk modell for å forklare den store variasjonen av observerte PEI-er i eksosfjær. Modellen forutsetter at antall tilgjengelige CI-er bestemmer antallet flyktige partikler på nanometerstørrelse som kan påvises med CPC-er i eksosfjæren. Mengden svovelsyre (avhengig av FSC og konverteringsfraksjonen ε) og mengden kondenserbart organisk materiale styrer størrelsen på partiklene som dannes. Koagulering og fortynning kontrollerer tidsskalaene for partikkelvekst. Ved å bruke denne modellen og parametrene oppført i tabell 10, kan de målte PEI-ene normaliseres til en gitt plumalder (3 s) og cutoff-størrelse på partikkeltellerne (5 nm), se figur 7 . De normaliserte PEI-ene spres med en faktor på 10, mye mindre enn de opprinnelige dataene (sammenlign figur 6 ). Legg merke til tvetydigheten i å dele den flyktige massen i svovelsyre og organisk materiale (OM). En reduksjon av ε med Δε tilsvarer en økning i EI for OM med Δε (98/32) FSC. For null EI _OMdataene vil kreve maksimale ε-verdier på 25 % for å forklare de laveste PEI-dataene som er rapportert for Concorde og 22 % for B737 med 56 μg/g FSC, og verdier som til og med overstiger 100 % for de lavere FSC-tilfellene. Det er åpenbart nødvendig med annet kondenserbart materiale i tillegg til svovelsyre for å forklare observasjonene. De fleste data (unntatt Concorde) stemmer overens med modellen hvis konverteringsfraksjonen ε varierer mellom 0,5 og ca. 10 %, mengden kondenserbart organisk materiale mellom 1 og 30 μg/g, og antall CI-er som sendes ut mellom 1 og 4 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ .

Tabell 10. Parametre som brukes for å normalisere PEI til fast cutoff-størrelse og plymalder

Fly	Prosjekt	FSC, μg g −1	EI OM , μg g −1	ε, %	EI CI , 10 17 kg −1	d , nm	t , s	PEI, en 10 17 kg −1
Concorde		230	70	15	5	9	960–3480	1.4
ATTAS	S5, S6	2700, 118, 20, 2,6	20–35	3–6	1,5–2	3–5	2–8	1,5, 0,36, 0,096, 0,14
B737	SNIF-II	800	20	2	1.5	4	25	0,87
F16	SNIF-III	146, 527, 942	1	0,5–1	3–4	4	0,5–16	0,46, 0,38, 1,14
DC8	SUKSESS	550	10	1	1.5	4	20–40	0,51
B747	POLINAT	240, 265	10	2	2	12	84, 88	0,26, 0,28
DC10	POLINAT	265	18	2	2	12	120	0,22
B737	S6	2,6, 56	30	5	3	3	0,15–0,4	0,29, 0,45
A340	S7	380	20	5,5 (4–12)	1,1 (0,9–1,8)	5	0,7	1.8
B707	S7	120	30	1	2	5	0,6	0,18

• a Partikkelutslippsindekser (PEIs) beregnet for skyealder 3 s og cutoff diameter 5 nm (se figur 7 ) for gitt brennstoff svovelinnhold (FSC) for å passe konsentrasjoner av flyktige partikler målt med CPCer med cutoff diameter d ved skyvealder t bak Concorde [ Fahey et al. , 1995 ] under SVOVEL 5–7 [ Schröder et al. , 1998 , 2000b ; Brock et al. , 2000 ; dette verket], SNIF-II, -III og SUKSESS [ Anderson et al. , 1998a , 1998b , 1999b ], og POLINAT [ Schumann et al., 2000a ], ved bruk av verdier for EI for kondenserbart organisk materiale (OM), brennstoffsvovelkonverteringsfraksjon (ε), og EI for emitterte CI-er, for hvilke modellen passer dataene optimalt. Områder er gitt for saker med flere data. Data som i arbeidet til Kärcher et al. [2000] , med tillegg for B737 (S6), B707 (S7) og A340 (S7). A340-verdiene som er oppført er beste estimater; verdiene i parentes dekker en rekke nedre og øvre estimater. Concorde-verdiene passer til den laveste målte PEI på 1,7 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ ved skyvealder på 960–3480 s; modellen vil matche PEI-verdier på maksimalt 3,2 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ i den gamle skyen for EI _OM = 100 μg/g, ε = 30 % og EI _CI= 8 × 10 ¹⁷ kg ⁻¹ .

4.3. Partikler i Contrails

[66] Antallet flyktige og ikke-flyktige (sot) partikler i kontrailer er forskjellig fra de i noncontrail (tørre) partikler, se figur 8 . I kontrailmiljøet med det interstitielle innløpet teller CPC-ene aerosolen som ikke er inneholdt i kontrail-ispartikler. PEI-ene til de interstitielle flyktige partiklene er typisk en faktor 2–8 ganger mindre og viser mindre trend med FSC sammenlignet med PEI-er målt i tørre skyer. I den unge kontrailen er overflatearealet til ispartiklene (ca. 4 × 10 ⁵ μm ² cm ⁻³ for B737 [ Schröder et al. , 2000b ]) mer enn 100 ganger større enn overflaten fra aerosoler i tørre plumer ( se tabell 6). Derfor kommer en stor del av de kondenserbare gassene, CI og flyktige partikler inn i ispartiklene [ Schröder et al. , 1998 , 2000b ]. De tidlige resultatene fra S2 (7 og 18 nm cutoff-størrelser) stemmer overens med resultatene fra S4 til S7.

[67] Avhengigheten av FSC av antall ispartikler som dannes er fortsatt usikker fra et observasjonssynspunkt, se figur 8 . En økning i konsentrasjonen av krystallkontrail med FSC ble indikert av fargevariasjonene observert under S2 [ Schumann et al. , 1996 ]. Fargeendringen som ble observert ble forklart med en faktor på 10 endring i antall ispartikler dannet for en FSC-økning fra 170 til 5500 μg/g [ Gierens og Schumann , 1996 ]. En mikrofysisk modell beregner en faktor på 3 (økende med synkende omgivelsestemperatur) endring i antall iskrystaller for en slik FSC-økning [ Kärcher et al. , 1998a]. En langt mindre økning i ispartikkelkonsentrasjoner med FSC (faktor 1,3 for 6 til 2800 μg/g) er målt i de 10 s gamle kontrailene til ATTAS under S4. Men, som forklart før, gir S4-målingene kun nedre grense krystallkonsentrasjoner [ Schröder et al. , 2000a ]. De faktiske verdiene kan være en faktor 10 større enn målt. Derfor kan økningen i iskrystallkonsentrasjoner med FSC være større enn målt under S4.

[68] Data for ispartikkelkonsentrasjon ble oppnådd med høy nøyaktighet under S6, med omtrent 10 ganger høyere konsentrasjon enn i S4. Data er tilgjengelige fra én flygning bak B737 for én lav FSC-verdi, og én flyging bak ATTAS som brenner alternativt drivstoff med FSC enten 2,6 eller 118 μg/g på de to motorene. Forskjellene i iskrystallkonsentrasjonene målt for de forskjellige FSC-verdiene er ubetydelige sammenlignet med variasjonen som er funnet langs flysporet. En trend med FSC kan derfor ikke oppdages fra disse dataene. Antallet ispartikler i den unge kontrailen er større for ATTAS enn for B737, men omtrent det samme som det respektive antallet sotpartikler som slippes ut i de tørre skyene. Videre tilsvarer antallet kontrailkrystaller omtrent antallet manglende mellomliggende sotpartikler i kontrailen.

[69] Konsentrasjonene av ispartikkelkrystaller ble målt også bak 10 andre fly i langt eldre konturer (0,5 min til >30 min [ Schröder et al. , 2000a ]). Ved å bruke en empirisk fortynningslov [ Schumann et al. , 1998 ], beregner man fra disse dataene iskrystall “utslippsindekser” (antall per kilo forbrent drivstoff) på 1 × 10 ¹⁴ til 1 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹ , uten systematisk trend med alder, med variasjon delvis på grunn av forskjellige eksperimentelle forhold, og et område som passer til området av målte sot-PEI-verdier.

5. Konklusjoner

[70] Serien av SVOLV-eksperimenter ga observasjoner og detaljerte målinger av de forskjellige typene aerosol og sporforbindelser i eksosfjæren og konturene til jetfly som brente drivstoff med forskjellig svovelinnhold i drivstoffet på cruise og på bakken, så vel som i skyens alder. fra noen få millisekunder til nesten et minutt. De målte aerosoltypene inkluderer flyktige og ikke-flyktige komponenter i størrelsesområdet fra nanometer til mikrometer, og sporforbindelsene inkluderer de viktigste aerosolforløperne svovelsyre og kjemiioner (CI). På grunnlag av disse resultatene og relaterte modellstudier kan spørsmålene som ble reist i begynnelsen av disse undersøkelsene besvares som følger:

1. Når det gjelder sotutslipp, slipper ATTAS-motorene på cruise ut 0,1 g kg ⁻¹ masse ikke-flyktige sotpartikler, som tilsvarer 1,7 × 10 ¹⁵ partikler per kg brent drivstoff. Massemiddeldiameteren til sotmodusen er omtrent 70 nm. Sotutslippene er størst for B707, og avgir 0,5 g kg ⁻¹ sot; partiklene er enda større enn for ATTAS-motorene. Mer moderne motorer avgir mindre sot etter masse og antall. A340- og B737-motorene avgir 0,01 g kg ⁻¹ , tilsvarende utslippet på 0,25 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹partikler per kilo brent drivstoff. Massemiddeldiameteren til eksossot-aerosolen er ca. 50 nm for moderne motorer. 1992-flåtens gjennomsnittlige sotmasse og antall utslippsindekser er henholdsvis omtrent 0,04 g kg ⁻¹ og 1,2 × 10 ¹⁵ kg ⁻¹ .
2. Når det gjelder konverteringsfraksjonen ε, har de første direkte målingene av svovelsyre utført bak to fly vist at fraksjonen av drivstoffsvovel omdannet til svovelsyre er større enn 0,34 % for ATTAS og 3,3 ± 1,8 % for et B737-fly. Det målte aerosolvolumet innebærer ε < 1,8 % for ATTAS ved høy FSC, og de direkte og aerosolavledede dataene antyder ε < 4,5 % ved lav FSC. Til tross for betydelige forbedringer har data om aerosolvolum fortsatt stor usikkerhet. Konverteringsfraksjonen er mindre enn antydet av mengden av flyktige partikler målt fordi partiklene inneholder kondenserbart organisk materiale i tillegg til svovelsyre og vann. Aerosolen målt i skyene til forskjellige fly og modellene antyder at ε varierer mellom 0,5 og 10 % avhengig av motoren. I følge modellstudier, ε vokser med økende trykk og temperatur ved utgang fra forbrenningskammeret og kan derfor være større for moderne motorer med større trykkforhold enn for eldre motorer. Svovelsyre dannes hovedsakelig inne i motoren og i den unge kjølende eksosstrålen, og blir deretter raskt uttømt fra gassfasen i løpet av omtrent et sekund etter hvert som skyens alder øker. Ytterligere målinger ved høyere FSC vil gjøre det mulig å bestemme ε med høyere nøyaktighet.
3. Når det gjelder kjemiioner, er konsentrasjonen av ladede partikler dannet av forbrenningsinduserte kjemiioner (CI) høy ved motorutgang. Ved bakken er konsentrasjonen ca. 10 ⁹ cm ⁻³ ved motorutgang; dvs. i størrelsesorden 10 ¹⁷ kg ⁻¹ brennstoff brent. De positive og negative CI-ene er til dels veldig massive (over til og med 8500 amu), selv for nesten svovelfritt drivstoff (FSC = 2 μg/g). Sannsynligvis involverer veksten av disse CI-ene organiske sporgasser. Ved bruk av drivstoff med FSC = 118 μg/g, observeres en markant tilleggsvekst av negative, men ikke positive CI. Dette antyder et svovelholdig molekyl, for eksempel H ₂ SO ₄, for å være i det minste delvis ansvarlig for den ekstra ioneveksten. Negative ioner identifisert inkluderer clusterionene HSO ₄ ⁻ (H ₂ SO ₄ ) _n , HSO ₄ ⁻ (H ₂ SO ₄ ) _n (SO ₃ ) _m ( n ≤ 3, m = 0, 1), og organiske ioner. Positive CI inneholder for det meste oksygenholdige organiske forbindelser. CI-konsentrasjonen synker bratt med økende fjærealder. Under flukt er CI-sammensetningen og dens endring med fjærealder kun målt under spesielle forhold. En total negativ ionekonsentrasjon på >5 × 10 ⁴ cm⁻³ for en fjærealder på 1 s ble utledet i ett tilfelle, og en øvre grense for positive ionekonsentrasjoner på 3 × 10 ⁶ cm ⁻³ ble utledet ved 3,6 s fjærealder fra et annet tilfelle. CI er nå forstått å være langt viktigere for partikkeldannelse enn for noen år siden. Dannelsen av CI-er i forbrenningskammeret og deres endring på vei fra forbrenningskammeret gjennom motoren, samt detaljene rundt partikkeldannelse er ennå ikke forstått.
4. Antallet flyktige partikler med størrelser >1,5 nm produsert i flyplumer er i størrelsesorden 2 × 10 ¹⁷ per kg brent drivstoff, 100 til 1000 ganger større enn antall sotpartikler som slippes ut, og nært knyttet til antall tilgjengelige CI-er. i utgangspunktet. Størrelsen på partiklene avhenger av skyens alder og mengden av svovelsyre og kondenserbart organisk materiale, som er drivstoff- og motoravhengige. Våre data tyder på at for FSC som overstiger ca. 100 μg/g, ser svovelsyre ut til å være den viktigste forløperen til flyktige aerosoler dannet i moderne flyeksos. For lavere FSC synes organiske sporgasser, inkludert oksygenholdige forbindelser, å være viktigst. Betydningen av flyktige partikler sammen med sot for skydannelse er ennå ikke fullt ut forstått.
5. Kontrer dannes når blandingen av avgasser og kald omgivelsesluft når flytende vannmetning. Ved disse forholdene dannes væskedråper, hovedsakelig ved kondensering av H ₂O på CN i eksosflommen, som snart fryser til ispartikler. Ufullstendig dissipasjon av kinetisk energi i den unge jetstrålen, turbulente fuktighetssvingninger i skyen og sothydrering før kontrailstart kan øke terskeltemperaturen for begynnelse av kontraildannelse. Terskeltemperaturen kan imidlertid forutsies til bedre enn 1 K uten å ta hensyn til slike effekter. Kontrails dannes ved høyere omgivelsestemperatur for motorer med høyere total fremdriftseffektivitet. Både sot og flyktig materiale bidrar til kjerner for dannelse av konturer og cirruspartikler. Endringer i sot og FSC har imidlertid liten innvirkning på terskeltemperaturen for spiraldannelse (mindre enn 0,4 K). Contrails (med mindre optisk tykkelse) ville dannes selv for null partikkelutslipp fra flymotorene på grunn av CN medført inn i eksosplommen fra omgivelsesluften. Aerosolen som gjenstår etter fordampning av spiral inneholder 2–8 ganger mindre partikler, men større enn det som dannes i spleisfrie partikler. Fra de få tilgjengelige dataene finner vi at antallet ispartikler som dannes i unge kontril er sammenlignbart med antall sotpartikler og øker med mer enn en faktor 1,3 for en økning i FSC fra 6 til 2800 μg/g. Avhengigheten av antall ispartikler av FSC (og omgivelsestemperatur) bør måles igjen med den forbedrede FSSP-300-sonden. Aerosolen som gjenstår etter fordampning av spiral inneholder 2–8 ganger mindre partikler, men større enn det som dannes i spleisfrie partikler. Fra de få tilgjengelige dataene finner vi at antallet ispartikler som dannes i unge kontril er sammenlignbart med antall sotpartikler og øker med mer enn en faktor 1,3 for en økning i FSC fra 6 til 2800 μg/g. Avhengigheten av antall ispartikler av FSC (og omgivelsestemperatur) bør måles igjen med den forbedrede FSSP-300-sonden. Aerosolen som gjenstår etter fordampning av spiral inneholder 2–8 ganger mindre partikler, men større enn det som dannes i spleisfrie partikler. Fra de få tilgjengelige dataene finner vi at antallet ispartikler som dannes i unge kontril er sammenlignbart med antall sotpartikler og øker med mer enn en faktor 1,3 for en økning i FSC fra 6 til 2800 μg/g. Avhengigheten av antall ispartikler av FSC (og omgivelsestemperatur) bør måles igjen med den forbedrede FSSP-300-sonden.

[71] Resultatene viser at svovel i brensel bidrar til mengden kondenserbart flyktig materiale i eksosflommen, påvirker størrelsen på flyktige partikler, og aktiverer en større del av sotpartikler for å påvirke antall ispartikler som dannes. Effekten av svovel i brensel er imidlertid mindre enn det som har vært forventet før serien av svovelforsøk ble startet og mindre enn det som ble konkludert fra andre forsøk. Prosessen med dannelse av flyktige partikler styres ikke hovedsakelig av binær homogen kjernedannelse av nøytrale klynger hvor antallet partikler ville vokse mer enn lineært med mengden FSC.

[72] Virkningen av sot og kondenserbart stoff på dannelsen av partikler i bunnpartikler er nå relativt godt forstått. Det er imidlertid fortsatt ikke kjent hvilke av partiklene som dannes som har størst effekt på uklarhet og kjemi og hvor store disse effektene er. Dette bør utredes i fremtidige prosjekter. Utslippene fra motorer undersøkes videre av vårt team i EU-prosjektet Measurement and Prediction of Emissions of Aerosols and Gaseous Precursors From Gas Turbine Engines (PARTEMIS), og virkningen av aerosoler på cirrusdannelse er nå undersøkt i EU-prosjektet Interhemispheric Differences in Cirrus Properties from Anthropogenic Emissions (INCA; se http://www.pa.op.dlr.de/INCA/ ). Dessuten tar et pågående tysk prosjekt Partikel and Zirren (PAZI) for seg disse spørsmålene (http://www.pa.op.dlr.de/pazi/ ).

Anerkjennelser

[73] Vi takker takknemlig for støtte fra Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; Schwerpunkt Programm Grundlagen der Auswirkungen der Luft- und Raumfahrt auf die Atmosphäre, 1991–1997), Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF; Schadstoffe in der Luftfahrt, 1992–199Project8; U9FA-19Project8; –2000), Lufthansa AG, og EU-kommisjonen, Research DG, Brussel (prosjekter POLINAT, 1994–1996; POLINAT 2, 1996–1998; og CHEMICON, 1998–2000). Den endelige dataevalueringen var en del av PAZI-prosjektet. Dessuten takker vi pilotene og teknikerne ved flyfasilitetene ved Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Oberpfaffenhofen, Lufthansa Frankfurt og Hamburg, og Motoren and Turbinen Union (MTU), München, og mange kolleger for bidrag til målingene og analysen. Endelig,

2006 – Albedoforbedring ved stratosfæriske svovelinjeksjoner: Et bidrag til å løse et politisk dilemma?

«Selv om klimaavkjøling med sulfataerosoler også forekommer i troposfæren, er den store fordelen med å plassere reflekterende partikler i stratosfæren deres lange oppholdstid på rundt 1–2 år, sammenlignet med en uke i troposfæren. Dermed ville mye mindre svovel, bare noen få prosent, være nødvendig i stratosfæren for å oppnå tilsvarende avkjøling som den troposfæriske sulfataerosolen.» [4]

Albedo-forbedring ved stratosfæriske svovelinjeksjoner: Et bidrag til å løse et politisk dilemma?

• Paul J. Crutzen 

Klimaendringer volum 77 , Artikkelnummer:  211 ( 2006 ) Siter denne artikkelen

• 28k tilganger
• 856 sitater
• 416 Altmetrisk
• Beregningerdetaljer

Last ned for å lese hele artikkelteksten

Referanser

1. Albritton, DL et al.: 2001, ‘Technical Summary, in Climatic Change 2001, The Scientific Basis, Intergovernmental Panel for Climate Change,' i Houghton, JT et al. (red.), Cambridge University Press, Storbritannia og New York, NY, USA.
2. Anderson, TL et al.: 2003a, “Climate forcering by aerosos -A disig picture,” Science 300 , 1103–1104.CAS Artikkel Google Scholar 
3. Anderson, TL et al.: 2003b, ‘Response to PJ Crutzen and V. Ramanathan, op cited', Science 302 , 1680–1681.CAS Google Scholar 
4. Andreae, MO, Jones, CD og Cox, PM: 2005, “Sterk nåværende aerosolkjøling innebærer en varm fremtid,” Nature 435 , 1187–1190.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
5. Bluth, GJS, Doiron, SD, Schnetzler, CC, Krueger, AJ og Walter LS: 1992, ‘Global sporing av SO _2- skyene fra Mount Pinatubo-utbruddene i juni 1991′, Geophys. Res. Lett . 19 , 151–154.Google Scholar 
6. Bodansky, D.: 1996, ‘Kan vi konstruere klimaet?', Clim. Endring 33 , 309–321.Artikkel Google Scholar 
7. Brasseur, GP og Roeckner, E.: 2005, “Konsekvensen av forbedret luftkvalitet på den fremtidige klimautviklingen,” Geophys. Res. Letters 32 , L23704, doi:10.1029/2005GL023902.
8. Bryden, HL, Longworth, HR og Cunningham, SA: 2005, ‘Slowing of the Atlantic meridional veltingsirkulasjon ved 25 N', Nature 438 , 655–657.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
9. Bruckner, T. og Schellnhuber, HJ: 1999, ‘Climate Change Protection: The Tolerable Windows Approach', IPTS-rapport 34 , mai 1999, 6.
10. Budyko, MI: 1977, ‘Climatic Changes, American Geophysical Society', Washington, DC, 244 s.
11. Chapin III, FS et al.: 2005, ‘Role of land-overflate change in Arctic summer warming', Science 310 , 657–660.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
12. Cherry, M.: 2005, “Ministrene er enige om å handle på advarsler om høye temperaturer i Afrika,” Nature 437 , 1217.Google Scholar 
13. Chin, M. og Davis, DD: 1993, ‘Globale kilder og synker for OCS og CS ₂ og deres distribusjoner,' Glob. Biogeochem. Sykluser 7 , 321–337.CAS ANNONSER Google Scholar 
14. Crutzen, PJ: 1976, “Den mulige betydningen av COS for sulfatlaget i stratosfæren,” Geophys. Res. Lett . 3 , 73–76.CAS ANNONSER Google Scholar 
15. Crutzen, PJ og Ramanathan, V.: 2003, ‘Parsoleffekten på klima', Science 302 , 1679–1681.PubMed CAS Artikkel Google Scholar 
16. Cubasch, U. et al.: 2001, ‘Projections of Future Climate Change', kapittel 9, s. 525–582.
17. Climate Change 2001: The Scientific Basis, Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, JT Houghton et al. (red.), Cambridge University Press, Cambridge, Storbritannia og New York, NY, USA.
18. Dickinson, RE: 1996, ‘Climate Engineering. En gjennomgang av aerosoltilnærminger for å endre den globale energibalansen,' Clim. Endring 33 , 279–290.CAS Artikkel Google Scholar 
19. Govindasamy, B. og Caldeira, K.: 2000, ‘Geoengineering Earthapos; strålingsbalanse for å dempe CO ₂ -induserte klimaendringer,' Geophys. Res. Lett . 27 , 2141-2144.CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
20. Govindasamy, B. et al.: 2002, ‘Impact of geoengineering schemes on the terrestrial biosphere', Geophys. Res. Lett . 29 (22), 2061, doi.1029/2002GL015911, 2002.
21. Hansen, J., Lacis, A., Ruedy, R., og Sato, M.: 1992, “Potensiell klimapåvirkning av Mount Pinatubo-utbruddet,” Geophys. Res. Lett . 19 , 215–218.ANNONSER Google Scholar 
22. Hofmann, DJ og Solomon, S.: 1989, ‘Ozonødeleggelse gjennom heterogen kjemi etter utbruddet av El Chichón,' J. Geophys. Res . 94 (D4), 5029–5041.CAS ANNONSER Google Scholar 
23. Jamieson, D.: 1996, ‘Etikk og tilsiktede klimaendringer', Clim. Endring 33 , 323–336.Artikkel Google Scholar 
24. Keith, DW: 2000, ‘Geoengineering the climate: History and prospect', Annu. Rev. Energy Environ . 25 , 245–284.Artikkel Google Scholar 
25. Kinnison, DE et al.: 1994, “De kjemiske og strålingseffektene av Mount Pinatubo-utbruddet,” J. Geophys. Res . 99 , 25705–25731.Artikkel ANNONSER Google Scholar 
26. Lacis, AA og Mishchenko, MI: 1995, ‘Climate forcing, climate sensitivity, and climate response: A radiative modeling perspective on atmospheric aerosos', i Aerosol Forcing of Climate (Charlson RJ og Heinztenberg, J., (red.), 416 s, Wiley, Chichester, s. 11–42.
27. Lackner, KS: 2003, ‘En guide til CO ₂ -binding,' Science 300 , 1677–1678.PubMed CAS Artikkel Google Scholar 
28. Lovins, AB: 2005, ‘Mer profitt med mindre karbon', Scientific American 293 , 52–61.Artikkel Google Scholar 
29. Marland, G., Boden, TA, og Andres, RJ: 2005, ‘Globale, regionale og nasjonale CO _2- utslipp.' in Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Diozide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, USA. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn.
30. National Academy of Sciences (NAS): 1992, Policy Impplications of Greenhouse Warming: Mitigation, Adaptation, and the Science Base, Panel on Policy Impplications of Greenhouse Warming, Committee on Science, Engineering, and Public Policy, National Academy Press, Washington DC, 918 s.
31. Nel, A.: 2005, ‘Luftforurensningsrelatert sykdom: effekter av partikler', Science 308 , 804.Google Scholar 
32. Orr, JC et al.: 2005, “Antropogen havforsuring i løpet av det tjueførste århundre og dens innvirkning på forkalkende organismer,” Science 437 , 681–686.CAS Google Scholar 
33. Pinker, RT, Zhang, B., og Dutton, EG: 2005, “Oppdager satellitter trender i overflatesolstråling?,” Science 308 , 850–854.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
34. Pounds, JA et al.: 2005, “Utbredt amfibieutryddelse fra epidemisk sykdom drevet av global oppvarming,” Nature 439 , 161–165.Artikkel CAS Google Scholar 
35. Prentice, IC et al.: 2001, ‘The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide', kapittel 3, s. 183–238, tredje vurderingsrapport fra Intergovernmental Panel on Climate Change, Houghton, JT et al. (red.), Cambridge University Press, Storbritannia og New York, USA.
36. Ramanathan, V., Crutzen, PJ, Kiehl, JT, og Rosenfeld, D.: 2001, ‘Aerosoler, klima og den hydrologiske syklus', Science 294 , 2119–2124.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
37. Ramaswamy, V. et al.: 2001, ‘Radiative Forcing of Climate Change', kapittel 6, s. 349–416.
38. Climate Change 2001: The Scientific Basis, Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Houghton, JT et al. (red.), Cambridge University Press, Cambridge, Storbritannia og New York, NY, USA.
39. Robock, A.: 2000, “Vulkanutbrudd og klima,” Rev. Geophys . 38 , 191-219.CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
40. Root, T. L et al.: 2003, “Fingeravtrykk av global oppvarming på ville dyr og planter,” Nature 421 , 57–60.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
41. Rosenfeld, D.: 2000, ‘Undertrykkelse av regn og snø ved urban og industriell luftforurensning', Science 287 , 1793–1796.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
42. Royal Society: juni 2005, havforsuring på grunn av økende atmosfærisk karbondioksid, 57 pp.
43. Schneider, SH: 1996, “Geoengineering: Kunne-eller-bør-vi gjøre det,” Clim. Endring 33 , 291–302.CAS Artikkel Google Scholar 
44. Siegenthaler, U. et al.: 2005, “Stabil karbonsyklus-klimaforhold under sent Pleistocene,” Science 310 , 1313–1317.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
45. Socolow, R. et al.: 2004, ‘Solving the climate problem,' Environment 46 , 8–19.Google Scholar 
46. Stainforth, DA et al.: 2005, “Usikkerhet i spådommer om klimaresponsen på økende nivåer av klimagasser,” Nature 433 , 403–406.PubMed CAS Artikkel ANNONSER Google Scholar 
47. Stern, DI: 2005, ‘Globale svovelutslipp fra 1850 til 2000', Chemosphere 58 , 163–175.Google Scholar 
48. Teller, E., Wood, L. og Hyde, R.: 1997, ‘Global oppvarming og istider: 1. Utsikter for fysikkbasert modulering av global endring', UCRL-JC-128157, Livermore National Laboratory, Livermore, CA .
49. Wild, M. et al.: 2005, ‘Fra dimming til lysere: Tiårsendringer i solstråling og jordapos; overflate,' 308 , 847–850.
50. Wilson, JC et al.: 1993, ” In-situ observasjoner av aerosol og klormonoksid etter 1991-utbruddet av Mount Pinatubo: Effekt av reaksjoner på sulfatareosol,” Science 261 , 1140–1143.

2008 – Vær- og klimateknikk

Videopresentasjon (15:53) • Bruk av pendlerfly med jetdrivstoff dopet med aerosolgeneratorer er en annen mulighet. Også bruk av UAV-er eller luftskip for spredning av aerosol kan vurderes. Potensielle negative konsekvenser er imidlertid sannsynlig inkludert virkninger på nedbør, lokale ekstreme kalde temperaturer (som også vil påvirke behovet for fossilt brensel) og den hydrologiske syklusen. …

3.4 Å så cirrusskyer eller lage flere kontringslinjer

På et årlig gjennomsnitt dekker skyer mellom 55 og 60 % av jorden (Matveev 1984) og mye av dette skydekket består av middels og høye skyer. Det antas at cirrusskyer globalt bidrar til oppvarming av atmosfæren på grunn av deres bidrag til nedadgående overføring av LW-stråling. De er med andre ord en drivhusagent. Menneskelig aktivitet modifiserer allerede cirrusskyene gjennom produksjon av flykontrailer. Kuhn (1970) fant at kontrails utarmet solstråling og økt nedadgående LW-stråling, men på dagtid dominerer deres kortbølgepåvirkning og de bidrar til en netto overflatekjøling. Kuhn (1970) beregnet at hvis kontrails vedvarer over 24 timer, vil deres nettoeffekt være avkjøling. Andre har konkludert med at de fører til overflateoppvarming (Liou et al. 1991; Schumann 1994), men Sassen (1997) bemerker at tegnet på den klimatiske påvirkningen av konturer er avhengig av partikkelstørrelse. Globale estimater av effektene av kontrailer er at de bidrar til en netto oppvarming (Minnis et al. 2004).

Det har til og med blitt foreslått å så i klar luft i den øvre troposfæren for å produsere kunstig cirrus som ville varme overflaten nok til å redusere oppvarmingskravene i den kalde årstiden (Detwiler og Cho 1982). Så utsiktene for såing av cirrus for å bidra til global overflatekjøling ser ikke ut til å være særlig gode.

Den eneste tilnærmingen som kan være gjennomførbar er å utføre vidstrøk med sot eller karbonholdige aerosoler som vil absorbere solstråling og varme cirruslag nok til å kanskje spre cirrusskyer(en semi-direkte effekt). Denne strategien vil være lik den foreslått av Watts (1997) og Crutzen (2006) for implementering i stratosfæren. Som bemerket av Crutzen (2006) trengs bare 1,7 % av svovelmassen for å produsere en tilsvarende størrelse på overflatekjøling. Påføring på cirrusnivåer i den øvre troposfæren vil ha den doble fordelen av å absorbere solstråling og dermed bidra til overflatekjøling og spre cirrusskyer som vil øke utgående langbølgestråling. Selvfølgelig vil soten som fester seg til iskrystaller redusere albedoen til cirrus og dermed motvirke den langbølgede oppvarmingseffekten til en viss grad. I tillegg er det bevis på at sotpartikler kan fungere som iskjerner, dermed bidra til større konsentrasjoner av iskrystaller ved heterogen kjernedannelse, men muligens redusert krystallproduksjon ved homogen kjernedannelse (DeMott et al. 1994; Kärcher et al. 2007). Derfor ville det være best å konstruere karbonholdig aerosol til å være ineffektiv som IN.

De mulige uheldige konsekvensene av en slik prosedyre kan bare antas på dette tidspunktet, men vil mest sannsynlig påvirke den hydrologiske syklusen. Komplekse kjemiske, skyløsnings- og globale modeller er nødvendige for å evaluere gjennomførbarheten av denne tilnærmingen og for å estimere mulige negative konsekvenser. Gjennomførbarheten av denne tilnærmingen når det gjelder implementeringsstrategier er sannsynligvis sammenlignbar med såing av sulfater i den nedre stratosfæren. Kostnadene vil ligne Crutzens estimater for stratosfærisk såing. [5]

Planlagt og utilsiktet værmodifikasjon/værmodifikasjonsforening

1.1

Vær- og klimateknikk

William R. Cotton , Colorado State University, Fort Collins, CO

Jeg har blitt bedt om å utarbeide et posisjonspapir om From Cloud Seeding to Geo-engineering: History and Prospects for en workshop om Perturbed Clouds in the Climate System organisert av Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) som skal holdes i Frankfurt, Tyskland i mars 2008. Jeg synes det er hensiktsmessig å dele hovedpoengene i dette posisjonspapiret med værmodifikasjonsmiljøet. Jeg vil først fremheve områdene med størst fremgang i forskning om værmodifikasjoner, og legge merke til de store suksessene og fiaskoene. Jeg vil understreke hvor vanskelig det har vært å etablere en årsak og virkning med hensyn til skysåing og at en stor hindring har vært å fastslå at såing av skyer gir en effekt som er større enn den naturlige variasjonen til skysystemene. Det vil si at signal/støyforholdet generelt er ganske lavt.

Deretter går jeg over til klimateknikk som jeg definerer som en undergruppe av det overordnede opplegget for geoengineering som spesifikt omhandler å endre klimaet på jorden. Dette vil inkludere en oversikt over hypoteser for å konstruere klimasystemet ved å modifisere jordens albedo med reflekterende aerosoler, kretsspeil eller spredningspartikler, høyhøydeballonger, absorbering av aerosoler i stratosfæren og endring av hav-, is- og landoverflatealbedoen. Jeg vil avslutte med å merke meg lærdommene fra skysåing og hvor mange av disse leksjonene som er parallelle med det vi kan forvente fra klimateknikk; inkludert i den diskusjonen vil være potensialet for uforutsette konsekvenser av våre handlinger.

Til slutt oppfordrer jeg værmodifikasjonssamfunnet til å vurdere å inkludere klimateknikk i et samlet nasjonalt program innen vær- og klimateknikk. Jeg tror det kan være sterk politisk støtte for å utvikle et godt finansiert nasjonalt program som inkluderer både værteknisk forskning og klimateknisk forskning. Jeg foreslår at det beste hjemmet for et slikt program ville være NASA, da det er kjent for sine suksesser med å løse store tekniske problemer. De to områdene innen værteknikk som bør gis høyest prioritet er forbedring av vannressurser i Colorado River-bassenget og tekniske orkaner. Området som bør gis høyest prioritet for forskning innen klimateknikk er å etterligne vulkaner for å produsere langvarige aerosoler i nedre stratosfæriske.

  Utvidet sammendrag (192K)

  Innspilt presentasjon

Økt 1, New Mitigation Strategies to Combat Global Warming
Mandag 21. april 2008, 09: 00–10 :00 , Standley I Neste papir

Bla gjennom eller søk gjennom hele møtet

AMS hjemmeside

2009 – Modifisering av cirrusskyer for å redusere global oppvarming

“ En potensiell leveringsmekanisme for såmaterialet er allerede på plass: flyindustrien. Siden såing av aerosoloppholdstid i troposfæren er relativt kort, kan klimaet gå tilbake til sin normale tilstand innen måneder etter at geoingeniøreksperimentet ble stoppet. Den største kjente ulempen med denne tilnærmingen er at den ikke ville stoppe havforsuring. Den har ikke mange av ulempene som stratosfærisk injeksjon av svovelarter har.”

” oppløst eller suspendert i jetdrivstoffet og senere brent med drivstoffet for å lage seeding aerosol, eller (2) injisert inn i den varme motoreksosen , som skal fordampe seeding-materialet, slik at det kan kondensere som aerosol i jet-kontrailen”

Modifisering av cirrusskyer for å redusere global oppvarming

David L Mitchell ¹ og William Finnegan ¹

Publisert 30. oktober 2009 • Publisert under lisens av IOP Publishing Ltd Environmental Research Letters , bind 4 , nummer 4
Sitering David L Mitchell og William Finnegan 2009 Environ. Res. Lett. 4 045102nedlastingArtikkel PDFReferanser

20056 Totale nedlastinger
82

Slå på MathJax

Del denne artikkelen

Artikkelinformasjon

Abstrakt

Drivhusgasser og cirrusskyer regulerer utgående langbølgestråling (OLR) og cirrusskydekning er spådd å være følsom for isfallshastigheten som avhenger av iskrystallstørrelsen. Jo høyere cirrus, jo større innvirkning har de på OLR. Dermed kan OLR og klima endres ved å endre iskrystallstørrelsen i den kaldeste cirrusen. Heldigvis har den kaldeste cirrusen den høyeste isovermetningen på grunn av dominansen av homogen frysekjernedannelse. Å så en slik cirrus med svært effektive heterogene iskjerner bør produsere større iskrystaller på grunn av dampkonkurranseeffekter, og dermed øke OLR og overflatekjøling. Foreløpige estimater av denne globale nettsky-kraften er mer negative enn −2,8 W m ⁻² og kan nøytralisere strålingskraften på grunn av en CO ₂dobling (3,7 W m ⁻² ). En potensiell leveringsmekanisme for såmaterialet er allerede på plass: flyindustrien. Siden såing av aerosoloppholdstid i troposfæren er relativt kort, kan klimaet gå tilbake til sin normale tilstand innen måneder etter at geoingeniøreksperimentet ble stoppet. Den største kjente ulempen med denne tilnærmingen er at den ikke ville stoppe havforsuring. Den har ikke mange av ulempene som stratosfærisk injeksjon av svovelarter har.

2009 – Fordeler, risikoer og kostnader ved stratosfærisk geoengineering

“Alternativer for å spre gasser fra fly inkluderer tilsetning av svovel til drivstoffet , som vil frigjøre aerosolen gjennom eksossystemet til flyet, eller feste av en dyse for å frigjøre svovelet fra sin egen tank i flyet, som vil være det bedre alternativet.” [7]

Fordeler, risikoer og kostnader ved stratosfærisk geoengineering

Alan Robock,Allison Marquardt,Ben Kravitz,Georgiy StenchikovFørst publisert: 2. oktober 2009 https://doi.org/10.1029/2009GL039209Sitater: 194SEKSJONERPDFVERKTØYDELE

Abstrakt

[1] Injeksjon av sulfataerosolforløpere i stratosfæren har blitt foreslått som et middel for geoengineering for å avkjøle planeten og redusere global oppvarming. Beslutningen om å implementere en slik ordning vil kreve en sammenligning av dens fordeler, farer og kostnader med andre reaksjoner på global oppvarming, inkludert å ikke gjøre noe. Her evaluerer vi disse faktorene for stratosfærisk geoengineering med sulfataerosoler. Ved å bruke eksisterende amerikanske militære jager- og tankfly vil de årlige kostnadene ved å injisere aerosolforløpere i den nedre stratosfæren være flere milliarder dollar. Å bruke artilleri eller ballonger for å lufte gassen ville være mye dyrere. Vi har ikke nok informasjon til å vurdere mer eksotiske teknikker, som å pumpe gassen opp gjennom en slange festet til et tårn eller ballongsystem. Menneskeskapt stratosfærisk aerosolinjeksjon ville kjøle ned planeten, stoppe smeltingen av sjøis og landbaserte isbreer, sakte havnivåstigningen og øke den terrestriske karbonnedgangen, men produsere regional tørke, ozonnedbrytning, mindre sollys for solenergi og skape himmel. mindre blått. Videre ville det hemme jordbasert optisk astronomi, ikke gjøre noe for å stoppe havforsuring, og presentere mange etiske og moralske spørsmål. Ytterligere arbeid er nødvendig for å kvantifisere mange av disse faktorene for å tillate informert beslutningstaking. og presentere mange etiske og moralske spørsmål. Ytterligere arbeid er nødvendig for å kvantifisere mange av disse faktorene for å tillate informert beslutningstaking. og presentere mange etiske og moralske spørsmål. Ytterligere arbeid er nødvendig for å kvantifisere mange av disse faktorene for å tillate informert beslutningstaking.

1. Introduksjon

[2] Global oppvarming vil fortsette i flere tiår på grunn av menneskeskapte utslipp av klimagasser og aerosoler [ Intergovernmental Panel on Climate Change ( IPCC ), 2007a ], med mange negative konsekvenser for samfunnet [ IPCC , 2007b ]. Selv om det foreløpig er umulig, siden det ikke finnes noen midler for å injisere aerosoler eller deres forløpere inn i stratosfæren, diskuteres muligheten for geoengineering av klimaet nå i tillegg til de konvensjonelle potensielle responsene av reduksjon (redusering av utslipp) og tilpasning [ IPCC , 2007c ]. Mens det opprinnelig ble foreslått av Budyko [1974 , 1977] , Dickinson [1996], og mange andre (se Robock et al. [2008] og Rasch et al. [2008a] for en omfattende liste), Crutzen [2006] og Wigley [2006] vekket interessen for stratosfærisk geoengineering ved bruk av sulfataerosoler. Dette forslaget om “solar radiation management,” for å redusere isolasjon med en menneskeskapt stratosfærisk aerosolsky på samme måte som episodiske eksplosive vulkanutbrudd, vil bli kalt “geoengineering” her, og erkjenner at andre har en mer inkluderende definisjon av geoengineering som kan inkludere troposfærisk skymodifikasjon, karbonfangst og -sekvestrering og andre foreslåtte teknikker.

[3] Beslutningen om å implementere geoengineering vil kreve en sammenligning av dens fordeler, farer og kostnader med andre reaksjoner på global oppvarming. Her presenterer vi en kort gjennomgang av disse faktorene for geoengineering. Det skal bemerkes at i løpet av de tre årene siden Crutzen [2006] og Wigley [2006] antydet at i lys av ingen fremgang mot avbøtende tiltak, kan geoengineering være nødvendig for å redusere de alvorligste konsekvensene av global oppvarming, har det fortsatt ikke vært noe globalt fremgang på avbøtende tiltak. Faktisk viser Mauna Loa-data at hastigheten på CO ₂økningen i atmosfæren er faktisk økende. Imidlertid har endringen av amerikansk administrasjon i 2009 fullstendig endret USAs politikk for global oppvarming. I de siste åtte årene har USA stått i veien for internasjonal fremgang på dette spørsmålet, men nå planlegger president Obama å lede en global innsats mot en avbøtende avtale i København i desember 2009. Hvis geoengineering blir sett på som en potensiell lav- kostnad og enkel “løsning” på problemet, offentlig støtte til en avbøtende avtale, som vil kreve noen kortsiktige forskyvninger, kan bli erodert. Denne artikkelen er derfor ment å tjene som nyttig informasjon for denne prosessen.

[4] Crutzen [2006] , Wigley [2006] , og andre som har foreslått at geoengineering betraktes som et svar på global oppvarming har understreket at avbøtende reaksjon er å foretrekke, og at geoengineering kun bør vurderes dersom planeten står overfor en klimaendring. nødsituasjon. Imidlertid er det ingen internasjonale styringsmekanismer eller standarder som vil tillate avgjørelsen av en slik nødsituasjon. Videre, hvis geoengineering skulle begynne, ville den måtte fortsette i flere tiår, og beslutningen om å stoppe ville bli enda vanskeligere, hva med kommersielle og sysselsettingsinteresser i å fortsette prosjektet, så vel som bekymringer for den ekstra oppvarmingen som ville resultere.

[5] Robock [2008a] presenterte 20 grunner til at geoengineering kan være en dårlig idé. Disse årsakene er oppdatert her. Imidlertid vil det også være fordeler med geoengineering, som risikoen må veies opp mot. Så først diskuterer vi disse fordelene, deretter risikoen og til slutt kostnadene. Som den nærmeste naturlige analogen brukes eksempler fra effektene av vulkanutbrudd for å illustrere fordelene og kostnadene.

2. Fordeler

[6] Fordelene med stratosfærisk geoengineering er listet opp i tabell 1 . Både observasjoner av klimaresponsen på store eksplosive vulkanutbrudd [ Robock , 2000 ] og alle modelleringsstudier utført så langt [f.eks. Teller et al. , 1997 , 1999 , 2002 ; Govindasamy og Caldeira , 2000 ; Govindasamy et al. , 2002 , 2003 ; Wigley , 2006 ; Rasch et al. , 2008a , 2008b ; Robock et al. , 2008 ; Lenton og Vaughan , 2009] viser at med tilstrekkelig stratosfærisk sulfat aerosolbelastning, vil tilbakespredt isolasjon avkjøle jorden. Mengden avkjøling avhenger av mengden aerosoler og hvor lenge aerosolskyen holdes i stratosfæren. Mange negative virkninger av global oppvarming er sterkt korrelert med global gjennomsnittlig lufttemperatur på overflaten, så det ville i teorien være mulig å stoppe økningen i den globale gjennomsnittstemperaturen eller til og med senke den, og dermed forbedre disse virkningene. For eksempel vil redusert temperatur bremse eller snu den nåværende nedadgående trenden i arktisk havis, smeltingen av landbreer, inkludert Grønland, og stigningen i havnivået.Tabell 1. Fordeler og risikoer ved stratosfærisk geoengineering ^a

fordeler	Risikoer
1. Kul planet	1. Tørke i Afrika og Asia
2. Reduser eller reverser havissmeltingen	2. Fortsatt havforsuring fra CO 2
3. Reduser eller reverser smelting av isdekke	3. Ozonnedbryting
4. Redusere eller reversere havnivåstigningen	4. Ikke flere blå himmel
5. Øk planteproduktiviteten	5. Mindre solenergi
6. Øk terrestrisk CO 2 synke	6. Miljøpåvirkning av implementering
	7. Rask oppvarming hvis stoppet
	8. Kan ikke stoppe effekter raskt
	9. Menneskelig feil
	10. Uventede konsekvenser
	11. Kommersiell kontroll
	12. Militær bruk av teknologi
	13. Konflikter med gjeldende traktater
	14. Hvem sin hånd på termostaten?
	15. Ruin terrestrisk optisk astronomi
	16. Moralsk fare – utsiktene til at det fungerer, vil redusere drivkraften for avbøtende tiltak
	17. Moralsk autoritet – har vi rett til å gjøre dette?

• a Høyre kolonne er en oppdatering av Robock [2008a] .

[7] Observasjoner etter store vulkanutbrudd viser at stratosfæriske sulfataerosoler drastisk endrer oppdelingen av nedadgående solflux til direkte og diffus [ Robock , 2000 ]. Etter El Chichón-utbruddet i 1982 viste observasjoner ved Mauna Loa-observatoriet på Hawaii om morgener med klar himmel, i en senitvinkel på 60° tilsvarende to relative luftmasser, en toppendring av nedadgående direkte isolasjon, fra 515 W m ^{− 2} til 340 W m ⁻² , mens diffus stråling økte fra 40 W m ⁻² til 180 W m ⁻² [ Robock , 2000]. En lignende effekt ble observert etter Mount Pinatubo-utbruddet i 1991. Mens endringen i nettostrålingen etter El Chichón var en reduksjon på 35 W m ⁻² , ga dette skiftet til en økning av den diffuse delen faktisk en økning i veksten av terrestrisk vegetasjon, og en økning i den terrestriske CO ₂ -senken. Gu et al. [1999 , 2002 , 2003] , Roderick et al. [2001] , og Farquhar og Roderick [2003] antydet at økt diffus stråling gjør at plantekroner kan fotosyntetisere mer effektivt, noe som øker CO ₂ -vasken. Gu et al. [2003]målte faktisk denne effekten i trær etter Pinatubo-utbruddet i 1991. Mens noe av den globale økningen i CO ₂ synker etter vulkanutbrudd kan ha vært på grunn av de direkte temperatureffektene av utbruddene, sier Mercado et al. [2009] viste at den diffuse strålingseffekten ga en økning i synking på omtrent 1 Pg C a ⁻¹ i omtrent ett år etter Pinatubo-utbruddet. Effekten av en permanent geoengineering aerosolsky vil avhenge av skyens optiske dybde, og disse observerte effektene av episodiske utbrudd vil kanskje ikke gi en permanent vegetativ respons ettersom vegetasjonen tilpasser seg denne endrede isolasjonen. Ikke desto mindre viser dette eksemplet at stratosfærisk geoengineering kan gi en betydelig økt CO₂ synker for å motvirke menneskeskapte utslipp. Denne økningen i planteproduktivitet kan også ha en positiv effekt på landbruket.

3. Risikoer

[8] De potensielle fordelene ved stratosfærisk geoengineering må vurderes i lys av et stort antall potensielle negative effekter [ Robock , 2008a ]. Mens de fleste av disse bekymringene fortsatt er gyldige, kan tre av dem nå fjernes. Som diskutert ovenfor vil effektene av endringen i diffus og direkte stråling på planter generelt være positive. Kravitz et al. [2009] har vist at overflødig sulfatsyreavsetning ikke ville være nok til å forstyrre økosystemene. Og nedenfor viser vi at det er potensielt flybaserte injeksjonssystemer som ikke vil være altfor kostbare sammenlignet med kostnadene ved avbøtende tiltak. Men det gjenstår fortsatt en lang liste over negative effekter ( tabell 1 ).

[9] To av årsakene i listen er blitt styrket av nyere arbeid. Tilmes et al. [2008] brukte en klimamodell for å vise at stratosfærisk geoengineering faktisk ville gi betydelig ozonnedbrytning, forlenge slutten av det antarktiske ozonhullet med flere tiår og produsere ozonhull i Arktis i kilder med en kald nedre stratosfære. Murphy [2009] brukte observasjoner av direkte solenergiproduksjon i California etter Pinatubo-utbruddet i 1991 og viste at produksjonen gikk fra 90 % av toppkapasiteten under ikke-vulkaniske forhold til 70 % sommeren 1991 og til mindre enn 60 % sommeren 1992.

[10] Et ekstra problem med stratosfærisk geoengineering har også blitt tydelig. Det vil ha stor innvirkning på terrestrisk optisk astronomi. Astronomer bruker milliarder av dollar på å bygge fjellobservatorier for å komme over forurensning i den nedre troposfæren. Geoengineering ville sette permanent forurensning over disse teleskopene.

4. Kostnader

[11] Robock [2008a] antydet at konstruksjon og drift av et system for å injisere aerosolforløpere i stratosfæren kan være svært kostbart. Her analyserer vi kostnadene ved tre foreslåtte metoder for å plassere aerosolforløperne i stratosfæren: fly, artillerigranater og stratosfæriske ballonger ( figur 1 og tabell 2 ). Fordi slike systemer ikke eksisterer for øyeblikket, er estimatene som presenteres her grove, men gir kvantitative utgangspunkt for videre diskusjoner om det praktiske ved geoengineering. Selv om sulfataerosolforløpere kunne injiseres i stratosfæren, er det ikke klart at aerosoler kan lages i et størrelsesområde med en effektiv radius på omtrent 0,5 μm, som vulkanske aerosoler, som ville være effektive til å avkjøle planeten. Noen av disse spørsmålene ble diskutert av Rasch et al. [2008a] . Kan injektorer utformes for å gi passende innledende aerosolstørrelser? Hvis de ble injisert i en eksisterende sulfatsky, ville de eksisterende aerosolene bare vokse på bekostning av mindre? Disse viktige temaene blir for tiden undersøkt av oss, og her begrenser vi diskusjonen til kun å få forløpergassene inn i stratosfæren.

Tabell 2. Kostnader for ulike metoder for å injisere 1 Tg av en svovelgass per år i stratosfæren ^a

Metode	Nyttelast (tonn)	Tak (km)	Antall enheter	Kjøpspris (2008 dollar)	Årlig kostnad
F-15C Eagle	8	20	167 med 3 flyvninger/dag	$6 613 000 000	$4 175 000 000 b
KC-135 Tanker	91	15	15 med 3 flyvninger/dag	$784 000 000	$375 000 000
KC-10 Extender	160	1. 3	9 med 3 flyvninger/dag	$1 050 000 000	$225 000 000 b
Sjøgevær	0,5		8000 skudd per dag	inkludert i årlig kostnad	$30 000 000 000
Stratosfæriske ballonger	4		37.000 per dag	inkludert i årlig kostnad	21 000 000 000–$30 000 000 000

• a Flydata fra Air Combat Command (2008), Air Mobility Command (2008a, 2008b). Se tekst for datakilder for fly. Kostnader i de to siste linjene fra COSEPUP [1992] . Konvertering fra 1992 og 1998 dollar til 2008 dollar (siste data tilgjengelig) ved å bruke forbrukerprisindeksen ( http://www.measuringworth.com/uscompare/ ).
• b Hvis driftskostnadene var de samme per fly som for KC-135.

[12] Figur 1 er tegnet med injeksjonssystemene på et fjell og med forsyningene som ankommer fjellet med tog. Hvis injeksjonssystemene ble plassert på en fjelltopp, ville tiden og energien som trengs for å få materialet fra overflaten til stratosfæren være mindre enn fra havnivået. Gunnbjørnfjellet på Grønland er det høyeste punktet i Arktis, og når en høyde på 3700 moh. I tropene er det flere steder i høye høyder i Andesfjellene.

[13] Mt. Pinatubo-utbruddet i 1991 injiserte 20 Tg SO ₂ i den tropiske nedre stratosfæren [ Bluth et al. , 1992 ], som dannet sulfataerosoler og avkjølte klimaet i omtrent to år. Som diskutert av Robock et al. [2008] , tilsvarende én Pinatubo hvert 4.–8. år ville være nødvendig for å stoppe global oppvarming eller til og med redusere den globale temperaturen til tross for fortsatte klimagassutslipp.

[14] Mens vulkanutbrudd injiserer hovedsakelig SO ₂ i stratosfæren, er den relevante mengden svovelmengden. Hvis H ₂ S ble injisert i stedet, ville det oksidere raskt for å danne SO ₂ , som deretter ville reagere med vann og danne H ₂ SO _4- dråper. På grunn av de relative molekylvektene vil bare 2,66 Tg H ₂ S (molekylvekt 34 g mol ⁻¹ ) være nødvendig for å produsere samme mengde sulfataerosoler som 5 Tg SO ₂ (molekylvekt 64 g mol ⁻¹ ). Siden det er valg for ønsket sulfataerosolforløper, vil våre beregninger være i form av stratosfærisk injeksjon av eventuell gass. H_2- S, men er mer korroderende enn SO ₂ [f.eks, P. Kleber et al. , 2008 ] og er veldig farlig, så det vil sannsynligvis ikke være den foretrukne gassen. Eksponering for 50 ppm H ₂ S kan være dødelig [ Kilburn og Warshaw , 1995 ]. H ₂ S ble til og med brukt en tid som et kjemisk krigføringsmiddel i første verdenskrig [ Croddy et al. , 2001 ]. Imidlertid regnes 100 ppm SO ₂ også som «umiddelbart farlig for liv og helse» [ Agency for Toxic Substances and Disease Registry , 1998 ].

[15] Hvis beslutningen noen gang ble tatt om å implementere geoengineering, ville mengden gass til loftet, tidspunktet og plasseringen av injeksjoner, og hvordan man produserer aerosoler, måtte vurderes, og dette er spørsmål vi tar opp i annet arbeid [ Rasch et al. , 2008a ]. Her undersøker vi bare spørsmålet om kostnadene ved å lufte 1 Tg av en svovelgass per år inn i stratosfæren. Andre mer spekulative forslag til geoengineering, for eksempel konstruerte aerosoler [f.eks. Teller et al. , 1997 ], er ikke vurdert her.

[16] Vårt arbeid er en oppdatering og utvidelse av de første kvantitative estimatene fra Committee on Science Engineering and Public Policy ( COSEPUP ) [1992] . Mens de listet opp «Stratosfæriske bobler; Plasser milliarder av aluminiserte, hydrogenfylte ballonger i stratosfæren for å gi en reflekterende skjerm; lavt stratosfærisk støv; Bruk fly for å opprettholde en sky av støv i den lave stratosfæren for å reflektere sollys; lav stratosfærisk sot; Reduser effektiviteten av brenning i motorer til fly som flyr i den lave stratosfæren for å opprettholde en tynn sotsky for å avskjære sollys» blant mulighetene for geoengineering, evaluerte de ikke kostnadene ved fly eller stratosfæriske boblesystemer.

[17] I stedet for å kjøle ned hele planeten, har det blitt foreslått at vi bare prøver å modifisere Arktis for å forhindre en havisfri arktisk sommer og for å bevare isdekkene på Grønland mens avbøtende tiltak implementeres [ Lane et al. , 2007 ; Caldeira og Wood , 2008 ]. En ulempe med arktisk injeksjon er at aerosolene bare vil vare noen få måneder i stedet for et par år for tropisk injeksjon [ Robock et al. , 2008]. En fordel er at de bare trenger å injiseres om våren, så de sterkeste effektene vil oppstå over sommeren. De ville ikke ha noen effekt i den mørke vinteren. En viktig forskjell mellom tropiske og arktiske injeksjoner er høyden på tropopausen, som er ca. 16 km i tropene, men bare ca. 8 km i Arktis. Disse ulike høydene påvirker evnen til ulike injeksjonsopplegg til å nå den nedre stratosfæren, og vi vurderer begge tilfellene her.

[18] I tillegg til disse kostnadene vil kostnadene for produksjon og transport til utplasseringspunktet for svovelgassen komme. COSEPUP [1992] estimerte prisen på SO ₂ til å være 50 000 000 dollar per Tg i 1992-dollar, og H ₂ S ville være mye billigere, siden det for tiden fjernes fra olje som en forurensende stoff, så prisen på selve gassene ville være en liten en del av totalen. Gjeldende bulkpris for flytende SO ₂ er $230/tonn eller $230.000.000 per Tg [ Chemical Profiles , 2009 ].

4.1. Fly

[19] Eksisterende små jetjagerfly, som F-15C Eagle ( Figur 2a ), er i stand til å fly inn i den nedre stratosfæren i tropene, mens i Arktis, større fly, som KC-135 Stratotanker eller KC- 10 Forlenger ( Figur 2b), er i stand til å nå ønsket høyde. Spesialiserte forskningsfly som amerikanske Lockheed ER-2 og russiske M55 Geophysica, begge basert på spionfly fra den kalde krigen, kan også nå 20 km, men har verken veldig stor nyttelast eller kan opereres kontinuerlig for å levere gasser til stratosfæren. Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk kan nå 20 km uten pilot, men koster dobbelt så mye som en F-15C. Gjeldende design har en nyttelast på 1–1,5 tonn. Det er åpenbart mulig å designe et autonomt spesialfly for å lufte svovelsyreforløpere inn i den nedre stratosfæren, men den nåværende analysen fokuserer på eksisterende fly.

[20] Alternativer for å spre gasser fra fly inkluderer tilsetning av svovel til drivstoffet, som ville frigjøre aerosolen gjennom eksossystemet til flyet, eller feste av en dyse for å frigjøre svovelet fra sin egen tank i flyet, som ville være det bedre alternativet. Å putte svovel i drivstoffet ville ha det problemet at dersom svovelkonsentrasjonen var for høy i drivstoffet, ville det være etsende og påvirke forbrenningen. Det vil også være nødvendig å ha separate drivstofftanker for bruk i stratosfæren og i troposfæren for å unngå sulfataerosolforurensning i troposfæren.

[21] Militæret har allerede produsert flere fly enn det som ville være nødvendig for dette geoingeniørscenarioet, noe som potensielt reduserer kostnadene ved denne metoden. Siden klimaendringer er et viktig nasjonalt sikkerhetsspørsmål [ Schvartz og Randall , 2003 ], kan militæret bli instruert til å utføre dette oppdraget med eksisterende fly til minimale tilleggskostnader. Videre vil KC-135-flåten bli pensjonert i løpet av de neste tiårene ettersom en ny generasjon lufttankere erstatter den, selv om militæret fortsetter å trenge evnen til å fylle drivstoff under fly for andre oppdrag.

[22] I motsetning til de små jetjagerflyene, brukes KC-135 og KC-10 til å fylle drivstoff på fly midt i flygingen og har allerede en dyse installert. I tropene kan et alternativ være at tankskipet flyr til den øvre troposfæren, og så vil jagerfly frakte svovelgassen opp i stratosfæren ( Figur 2b ). Det kan også være mulig å la en tankbil taue et glider med en slange for å lufte utgangsdysen inn i stratosfæren.

[23] I tillegg til spørsmålene om hvordan man slipper ut gassen som en funksjon av rom og tid for å produsere de ønskede aerosolene, er en annen bekymring den maksimale konsentrasjonen av sulfataerosoler som fly kan fly trygt gjennom. Tidligere har det skjedd merkbare skader på fly som flyr gjennom fjell av vulkansk aske som inneholder SO ₂ . I juni 1982, etter utbruddet av vulkanen Galunggung i Java, Indonesia, fløy to passasjerfly gjennom en vulkansk sky. I ett tilfelle fikk vinduene groper, vulkansk aske kom inn i motorene og skyvekraft gikk tapt i alle fire motorene. I det andre tilfellet skjedde det samme, med flyet som gikk ned 7,5 km før motorene kunne startes på nytt [ McClelland et al. , 1989]. Mens konsentrasjonen av sulfat i stratosfæren ville være mindre enn i en sky som denne, og det ikke ville være aske, kan det fortsatt være svovelsyreskader på fly. I året etter Pinatubo-utbruddet i 1991 rapporterte fly syreskader på vinduer og andre deler. En ingeniørstudie ville være nødvendig for å finne ut om regelmessig flytur inn i en stratosfærisk syresky ville være trygg, og hvor mye skade det ville gjøre på fly.

[24] Beregningene for fly er oppsummert i tabell 2 . Vi antar at svovelgassen vil bli fraktet i lasterommet til flyet, helt adskilt fra drivstofftanken. Kostnaden for hvert fly kommer fra Air Combat Command (F-15 Eagle, Air Force Link Factsheets, 2008, tilgjengelig på http://www.af.mil/information/factsheets/factsheet.asp?id=101 ) for F -15C ($29,9 millioner), Air Mobility Command (KC-10 Extender, Air Force Link Factsheets, 2008, tilgjengelig på http://www.af.mil/information/factsheets/factsheet.asp?id=109 ) for KC -10 ($88,4 millioner), og Air Mobility Command (KC-135 Stratotanker, Air Force Link Factsheets, 2008, tilgjengelig på http://www.af.mil/information/factsheets/factsheet.asp?id=110) for KC-135 ($39,6 millioner), i 1998-dollar, og i tabell 2 blir deretter konvertert til 2008-dollar (siste data tilgjengelig) ved å multiplisere med en faktor på 1,32 ved å bruke Consumer Price Index (SH Williamson, Six ways to computing) den relative verdien av et beløp i amerikanske dollar, 1774 til nå, MeasuringWorth, 2008, tilgjengelig på http://www.measuringworth.com/uscompare/). Hvis eksisterende fly ble konvertert til geoteknisk bruk, ville kostnadene være mye mindre og ville bare være for ettermontering av flyene for å frakte svovelgass og installasjon av de riktige dysene. Den årlige kostnaden per fly for personell, drivstoff, vedlikehold, modifikasjoner og reservedeler for den eldre E-modellen av KC-135 er 4,6 millioner dollar, mens den er rundt 3,7 millioner dollar for den nyere R-modellen, basert på et gjennomsnitt på 300 flygende timer per år [ Curtin , 2003 ].

[25] Vi postulerer en tidsplan på tre flyvninger per dag, 250 dager per år, for hvert fly. Hvis hver flytur var på 2 timer, ville dette vært 1500 timer per år. Som et grovt anslag tar vi 5 millioner dollar per 300 timer ganger 5, eller 25 millioner dollar per år i driftskostnader per fly. Hvis vi bruker de samme estimatene for KC-10 og F-15C, kan vi få en øvre grense for de årlige kostnadene for å bruke disse flyene til geoengineering, da vi forventer at KC-10 er billigere, siden den er nyere enn KC-135, og F-15C for å være billigere, bare fordi den er mindre og vil kreve mindre drivstoff og færre piloter.

4.2. Artillerigranater

[26] COSEPUP [1992] gjorde beregninger ved å bruke 16-tommers (41 cm) marinerifler, forutsatt at aluminiumoksid (Al ₂ O ₃ )-støv ville bli injisert i stratosfæren. De så for seg 40 10-løpsstasjoner som opererer 250 dager per år med hvert pistolløp byttet ut for hvert 1500. skudd. For å plassere 5 Tg med materiale inn i stratosfæren estimerte de de årlige kostnadene, inkludert ammunisjon, pistolløp, stasjoner og personell, til 100 milliarder dollar (1992 dollar), med kostnadene for Al ₂ O ₃bare 2,5 millioner dollar av totalen. Så kostnaden for 1 Tg vil være 30 milliarder dollar (2008 dollar). Det er morsomt at de konkluderer, med total mangel på ironi, “Geværene kan utplasseres til sjøs eller i tomme områder (f.eks. militære reservasjoner) hvor støyen fra skuddene og tilbakefallet av brukte granater kunne håndteres.”

4.3. Stratosfæriske ballonger

[27] Værballonger krever ikke drivstoff, og skytes opp daglig til høye nivåer av atmosfæren. Ballonger kan lages av enten gummi eller plast, men plast vil være nødvendig på grunn av de kalde temperaturene ved den tropiske tropopausen eller i den arktiske stratosfæren, da gummiballonger ville gå i stykker for tidlig. Værballonger er vanligvis fylt med helium, men hydrogen (H ₂ ) er rimeligere og mer flytende enn helium og kan også trygt brukes til å blåse opp ballonger.

[28] Ballonger kan brukes på flere måter for geoengineering. Som foreslått av L. Wood (personlig kommunikasjon, 2008), kunne en bundet ballong flyte i stratosfæren og henge en slange for å pumpe gass oppover. Et slikt system har aldri blitt demonstrert og bør sannsynligvis inkluderes i neste del av denne artikkelen om eksotiske fremtidsideer. En annen idé er å bruke aluminiserte langvarige ballonger som flyter som reflektorer [ Teller et al. , 1997 ], men igjen er et slikt system avhengig av fremtidig teknologiutvikling. Her diskuterer vi to alternativer basert på dagens teknologi: å løfte en nyttelast under en ballong eller blande H ₂ og H ₂S inne i en ballong. I det første tilfellet vil den ekstra massen til ballongen og dens gass være en vektstraff, men i det andre tilfellet, når ballongene sprekker, ville H ₂ S slippes ut i stratosfæren.

[29] COSEPUP [1992] diskuterte et system for å lufte en nyttelast under store H ₂ ballonger, mindre multiballongsystemer og varmluftsballonger. For å injisere 1 Tg H ₂ S inn i stratosfæren med H _2- ballonger, ble kostnaden inkludert ballonger, støv, støvdispenserutstyr, hydrogen, stasjoner og personell estimert til 20 millioner dollar, som ville være 30 millioner dollar i 2008-dollar. Varmluftsballongsystemer vil koste 4 til 10 ganger det å bruke H ₂ ballonger.

[30] Vi undersøkte en annen idé, om å blande H ₂ og H ₂ S inne i en ballong, og så bare slippe ballongene for å heve seg selv og sprekke i stratosfæren og frigjøre gassene. H ₂ S ville da oksidere for å danne sulfataerosoler, men H ₂ ville også ha stratosfæriske påvirkninger. Siden H ₂ S har en molekylvekt på 34 g/mol, sammenlignet med 29 g/mol for luft, ved å blande det med H ₂ , kan ballonger gjøres flytende. Standard oppdrift for værballonger sammenlignet med luft er 20 %. Den største standard værballongen som er tilgjengelig er modellnummer SF4-0.141-.3/0-T fra Aerostar International, med et maksimalt volum på 3990 m ³, og tilgjengelig i mengder på 10 eller mer for $1711 hver. Ballongene ville sprekke ved 25 mb.[31] For å beregne blandingen av gasser, hvis temperaturen ved 25 mb er 230 K og ballongen er fylt ved overflaten ved et trykk på 1000 mb og en temperatur på 293 K, vil volumet til ballongen være:

Massen av luft som fortrenges vil være:

For å produsere den nødvendige oppdriften, ville ballongen med sin blanding av H ₂ og H ₂ S ha en masse m ′ = m / 1,2 = 125,9 kg. Normalt er en værballong fylt med He, slik at den kan løfte en ekstra nyttelast under den. I vårt tilfelle vil nyttelasten være H ₂ S inne i ballongen. Siden hver ballong har en masse på 11,4 kg, vil totalmassen til gassene være 114,5 kg. For å produsere den massen i det volumet vil det kreve en blanding av 37,65 % H ₂ og 62,35 % H ₂ S etter volum, for en total masse på H ₂S på 110,6 kg. Å sette 1 Tg gass inn i stratosfæren per år vil derfor kreve 9 millioner ballonger, eller 36 000 per dag (bruker 250 dager per år). Dette vil koste 15,5 milliarder dollar per år bare for ballongene. I følge COSEPUP [1992] vil tilleggskostnadene for infrastruktur, personell og H ₂ være 3 600 000 000 dollar per år, eller 5,5 milliarder dollar i 2008-dollar, for deres ballongalternativ, og som grov gjetning bruker vi det også for vårt. Så vårt ballongalternativ ville koste 21 milliarder dollar per år i 2008-dollar.

[32] Alternativet ovenfor vil også injisere 0,04 Tg H ₂ i stratosfæren hvert år. Dette er 2 til 3 størrelsesordener mindre enn dagens naturlige og menneskeskapte H ₂ -utslipp [ Jacobson , 2008 ], så det vil ikke forventes å ha noen påvisbare effekter på atmosfærisk kjemi.

[33] Fordi omtrent 1/10 av massen til ballongene faktisk ville være ballongene, ville dette bety at 100 millioner kg plast faller til jorden hvert år. Som COSEPUP [1992] sa, “Fallet av kollapsede ballonger kan være en irriterende form for søppelregn.”

[34] Vi gjentok beregningene ovenfor ved å bruke SO ₂ . Siden SO ₂ har en molekylvekt på 64 g/mol, vil det kreve et mye høyere forhold mellom H ₂ og svovelgassen for å få ballongene til å flyte. Antall ballonger og kostnaden for å lofte 1 Tg S som SO ₂ vil være omtrent dobbelt så stor som for H ₂ S, som det ville vært for de andre luftemidlene.

4.4. Fremtidens ideer

[35] Alle de ovennevnte systemene er basert på dagens teknologi. Med små endringer ville de alle være i stand til å injisere gasser i stratosfæren i løpet av få år. Imidlertid kan mer eksotiske systemer, som vil ta lengre tid å realisere, også vurderes.

4.4.1. Høyt tårn

[36] Den høyeste strukturen i verden i dag er KTHI-TV-overføringstårnet i Fargo, North Dakota, på 629 m høyt [ Smitherman , 2000 ]. Men, som Smitherman [2000] forklarer, er ikke høyden på dette tårnet og nåværende høye bygninger begrenset av materialer eller konstruksjonsbegrensninger, men bare fordi det ikke har vært behov. Foreløpig kan en ikke-avsmalnende søyle laget av aluminium som bare tåler sin egen vekt bygges til en høyde på 15 km. En laget av karbon/epoksy-komposittmaterialer kan bygges til 114 km ( figur 3). Hvis tårnet var avsmalnende (med en større base), hadde et fraktalt fagverkssystem, ble stabilisert med trådledninger (som KTHI-TV-tårnet), eller inkluderte ballonger for oppdrift, kunne det bygges mye høyere.

[37] Vi kan tenke oss et slikt tårn på ekvator med en slange for å pumpe gassen til stratosfæren. Været på ekvator ville ikke by på problemer med sterk vind, da tornadoer og orkaner ikke kan dannes der, men isingsproblemer for den øvre delen må løses. Hvis gassen ble presset opp i en slange, ville adiabatisk ekspansjon avkjøle den til temperaturer som er kaldere enn atmosfæren rundt, noe som forverrer isingsproblemer. Fordi et slikt tårn aldri har blitt bygget, og mange tekniske problemer må vurderes, fra konstruksjonsmaterialet til nødvendig pumping, kan vi ikke gi et estimat på kostnadene. Bare ett tårn ville være nødvendig hvis slangene var store nok til å pumpe den nødvendige mengden gass, men ett eller to ekstra backup-systemer ville være nødvendig hvis planeten skulle være avhengig av dette for å forhindre klimakrise. Værproblemer, slik som sterk vind, vil utelukke et slikt tårn på høye breddegrader, selv om det ikke trenger å være så høyt. (Et bundet ballongsystem vil ha de samme problemene, men været vil være enda mer av en faktor.)

4.4.2. Space Heis

[38] Ideen om en geostasjonær satellitt bundet til jorden, med en heis på kabelen, ble popularisert av Clarke [1978] . Et materiale for kabelen som var sterkt nok til å bære sin egen vekt fantes ikke på den tiden, men nå anses karbon-nanorør som en mulighet [ Smitherman , 2000 ; Pugno , 2006 ]. En slik romheis kan bruke solenergi til å løfte materiale til stratosfæriske nivåer for utgivelse for geoengineering. Nåværende design for en slik romheis ville imidlertid ha den forankret til jorden med et tårn som er høyere enn høyden vi ville vurdere å gjøre geoengineering til [ Smitherman , 2000]. Så et høyt tårn ville være tilstrekkelig uten en eksotisk romheis.

5. Konklusjoner

[39] Å bruke eksisterende fly til geoengineering vil koste flere milliarder dollar per år, avhengig av mengden, plasseringen og typen svovelgass som injiseres i stratosfæren. Siden det for tiden er 522 F-15C Eagles, 481 KC-135 Stratotankers og 59 KC-10 Extenders, hvis en brøkdel av dem var dedikert til geoengineering, ville utstyrskostnadene være minimale. Systemer som bruker artilleri eller ballonger vil koste mye mer og vil gi ytterligere potensielle problemer med fallende brukte artillerigranater eller ballonger, eller H ₂injeksjoner i stratosfæren. Imidlertid vil flysystemer fortsatt måtte løse flere problemer før de er praktiske, inkludert effekten av sure skyer på flyene, om dyser kan utformes for å produsere aerosolpartikler med ønsket størrelsesfordeling, og om injeksjon av svovelgasser i en eksisterende svovelsyre. syresky ville bare få eksisterende dråper til å vokse seg større i stedet for å produsere flere små dråper. Alle systemene vi evaluerer vil gi alvorlige forurensningsproblemer, i form av ytterligere CO ₂ , partikler og støy i produksjonen, transporten og implementeringen av teknologien der systemene befinner seg.

[40] Flere milliarder dollar per år er mye penger, men sammenlignet med det internasjonale bruttonasjonalproduktet ville ikke dette beløpet vært en begrensende faktor i beslutningen om man skal fortsette med geoengineering. Snarere vil andre bekymringer, inkludert reduksjon av asiatisk monsunregn, ozonnedbryting, reduksjon av solenergi, psykologiske effekter av at ingen blå himmel lenger og politiske og etiske spørsmål ( tabell 1 ), må sammenlignes med de potensielle fordelene før samfunnet kan ta denne avgjørelsen. Som COSEPUP [1992]allerede forstått, “Menbarheten og mulige bivirkninger av disse geoengineering-alternativene er dårlig forstått. Deres mulige effekter på klimasystemet og dets kjemi trenger betydelig mer studier og forskning. De bør ikke implementeres uten en nøye vurdering av deres direkte og indirekte konsekvenser.»

[41] Tabell 1 gir en liste over potensielle fordeler og problemer med stratosfærisk geoengineering. Men for at samfunnet skal ta en beslutning om hvorvidt vi til slutt skal implementere denne responsen på global oppvarming, må vi på en eller annen måte kvantifisere hvert element på listen. Selv om det kan være umulig for noen av dem, kan ytterligere forskning sikkert gi verdifull informasjon om noen av dem. For eksempel kan reduksjon av sommernedbør i Asia og Afrika ha en negativ innvirkning på avlingsproduktiviteten, og dette er grunnen til at klimaendringene er en potensiell stor bekymring. Men nøyaktig hvor mye vil nedbøren gå ned? Hvordan vil effektene av økt diffus isolasjon og økt CO ₂ lindre effektene av redusert jordfuktighet på jordbruksproduksjonen?

[42] Hvis stratosfærisk geoengineering skulle implementeres, ville det være viktig å kunne observere den resulterende stratosfæriske aerosolskyen. Etter Pinatubo-utbruddet i 1991 viste observasjoner med instrumentet Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II (SAGE II) på Earth Radiation Budget Satellite [ Russell og McCormick , 1989 ] hvordan aerosolene spredte seg, men det var en blind flekk i den tropiske nedre stratosfæren. hvor det var så mye aerosol at for lite sollys kom gjennom til å gjøre målinger [ Antuña et al. , 2002]. For å kunne måle den vertikale fordelingen av aerosolene, er et lemskanningsdesign, slik som SAGE II, optimalt. Akkurat nå er den eneste lemskanneren i bane det optiske spektrograf- og infrarøde bildesystemet (OSIRIS), et kanadisk instrument på Odin, en svensk satellitt. SAGE III fløy fra 2002 til 2006, og det er ingen planer om å følge opp oppdraget. En ekstra SAGE III står på en hylle på et NASA-laboratorium, og kan brukes nå. Absolutt, et dedikert observasjonsprogram ville være nødvendig som en integrert del av enhver geoengineering-implementering.

[43] Som allerede påpekt av Robock [ 2008b ] og American Meteorological Society [2009], et godt finansiert nasjonalt eller internasjonalt forskningsprogram, kanskje som en del av det pågående mellomstatlige panelet for femte vitenskapelige vurdering av klimaendringer, vil kunne se på flere andre aspekter ved geoengineering og gi verdifull veiledning til beslutningstakere som prøver å bestemme hvordan de best kan løse problemene med global oppvarming. Slik forskning bør omfatte teoretiske beregninger samt ingeniørstudier. Mens småskalaeksperimenter kunne undersøke dyseegenskaper og initial dannelse av aerosoler, kunne de ikke brukes til å teste den klimatiske responsen til stratosfæriske aerosoler. På grunn av den naturlige variasjonen i klimaet, vil enten en stor forsering eller en langsiktig (tiår) studie med en liten forsering være nødvendig for å oppdage en respons over klimatisk støy. Fordi vulkanutbrudd av og til gjør eksperimentet for oss og klimamodeller har blitt validert ved å simulere vulkanutbrudd, ville det ikke være viktig å fullt ut teste den klimatiske virkningen av stratosfærisk geoengineering in situ som en del av en beslutning om implementering. Imidlertid vil utviklingen av aerosolegenskaper, inkludert størrelsesfordeling, for en etablert stratosfærisk aerosolsky trenge nøye overvåking under enhver fullskala implementering.

Anerkjennelser

[44] Vi takker anmelderne av en tidligere versjon av denne artikkelen for verdifulle kommentarer og Brian West for tegningen av figur 1 . Dette arbeidet er støttet av NSF-

2010 – Effektiv dannelse av stratosfærisk aerosol for klimateknikk ved utslipp av kondenserbar damp fra fly

“Her beskriver vi en alternativ metode der aerosol dannes raskt i skyen etter injeksjon av H ₂ SO ₄ (svovelsyre), en kondenserbar damp, fra et fly. … Vi undersøker muligheten for å danne sulfataerosoler i en flysky ved utslipp av H ₂ SO _4- damp i stedet for SO ₂ . (Avhengig av injeksjonsmetoden kan SO _3- damp slippes ut i stedet for H ₂ SO ₄ , men den omdannes raskt til H ₂ SO ₄ .» [8]

Effektiv dannelse av stratosfærisk aerosol for klimateknikk ved utslipp av kondenserbar damp fra fly

Jeffrey R. Pierce,Debra K. Weisenstein,Patricia Heckendorn,Thomas Peter,David W. KeithFørst publisert: 22. september 2010 https://doi.org/10.1029/2010GL043975Sitater: 86SEKSJONERPDFVERKTØYDELE

Abstrakt

[1] Nyere analyser tyder på at effektiviteten av stratosfærisk aerosolklimateknikk gjennom utslipp av ikke-kondenserbare damper som SO ₂ er begrenset fordi den langsomme omdannelsen til H ₂ SO ₄ har en tendens til å produsere aerosolpartikler som er for store; SO ₂ -injeksjon kan være så lite effektiv at det er vanskelig å motvirke strålingspådrivet på grunn av en CO ₂ -dobling. Her beskriver vi en alternativ metode der aerosol dannes raskt i skyen etter injeksjon av H ₂ SO ₄ , en kondenserbar damp, fra et fly. Denne metoden gir bedre kontroll over partikkelstørrelsen og kan produsere større strålingspådriv med lavere svovelbelastning enn SO₂ injeksjon. I forhold til SO ₂ -injeksjon kan det redusere noen av de negative effektene av geoengineering som strålingsoppvarming av den nedre stratosfæren. Denne metoden endrer imidlertid ikke det faktum at en slik geokonstruert strålingspådriving i beste fall bare delvis kan kompensere for klimaendringene produsert av CO ₂ .

1. Introduksjon

[2] Det kan være mulig å konstruere en økning i jordens albedo ved å øke stratosfærisk aerosolbelastning. Selv om slik “geoengineering” innebærer nye miljø- og sikkerhetsrisikoer og ikke fullt ut kan kompensere for CO ₂ -drevet oppvarming (f.eks. havforsuring og hydrologiske syklusendringer), kan det likevel være et viktig verktøy for å håndtere klimarisiko [ Shepherd et al. , 2009 ; Blackstock et al. , 2009 ; Keith et al. , 2010 ]. Dette har inspirert nyere forskning for å kvantifisere de utilsiktede konsekvensene av geoengineering [ Govindasamy og Caldeira , 2000 ; Govindasamy et al. , 2002 , 2003; Matthews og Caldeira , 2007 ; Rasch et al. , 2008a , 2008b ; Caldeira og Wood , 2008 ; Robock et al. , 2008 ; Tilmes et al. , 2008 , 2009 ; Trenberth og Dai , 2007 ; Heckendorn et al. , 2009 ]. Dersom kostnadene og fordelene ved en geoingeniørordning skal vurderes seriøst, må ordningen kunne kompensere for store strålingspåvirkninger som en dobling av CO ₂ .

[3] Strålingskraften forårsaket av tilsetning av aerosol til stratosfæren avhenger veldig sterkt av aerosolens størrelse av minst to grunner ( Figur 1)). For det første øker partikkelavsetningshastigheten raskt med radius, og raskere sedimentering forårsaker kortere stratosfæriske levetider og derfor en mindre tidsintegrert strålingspådriv per levert aerosolmasse. For det andre avhenger mengden solstråling som spres tilbake til verdensrommet sterkt av størrelsen på spredningsaerosolen. Spredningsintensiteten per enhet aerosolmasse avtar raskt utover en optimal radius på ~150 nm. I tillegg absorberer aerosolen langbølget stråling i den nedre stratosfæren som er omtrent proporsjonal med massebelastningen. Denne oppvarmingen og tilgjengeligheten av reaktivt overflateareal fører til endringer i stratosfærisk kjemi [ Heckendorn et al. , 2009]. Å redusere den geokonstruerte svovelmassebelastningen ved å kontrollere partikkelstørrelsen kan redusere lavere stratosfærisk oppvarming og dermed noen av de utilsiktede negative påvirkningene i stratosfæren.

[4] Vulkaner injiserer svovel i stratosfæren nesten utelukkende som svoveldioksid (SO ₂ ), som ikke selv kondenserer til aerosoler. SO ₂ oksideres deretter til svoveltrioksid (SO ₃ ) i løpet av noen få uker [ Rasch et al. , 2008a ]. SO _{3 blir} igjen nesten momentant (millisekunder) omdannet til svovelsyre (H ₂ SO ₄ ), se hjelpestoff Tekst S1. H ₂ SO ₄damp kondenserer raskt (timer) til eksisterende aerosoler eller danner nye aerosoler ved homogen kjernedannelse. De fleste av de siste analysene har antatt at aerosoler i stratosfærisk-aerosol geoengineering ville bli produsert ved en analog prosess, dvs. injeksjon av enten SO ₂ eller H ₂ S gass som sakte omdannes til sulfataerosol. En fersk analyse [ Heckendorn et al. , 2009] antyder at denne metoden kan være ineffektiv fordi den produserer aerosoler som er vesentlig større enn optimalt. Den tilsatte massen akkumuleres fortrinnsvis på større eksisterende partikler enten ved direkte kondensasjon eller ved homogen kjernedannelse etterfulgt av koagulering. Nettoeffekten er at strålingspådriving øker sublineært med svovelutslipp, så en stor (i forhold til tidligere studier) injeksjonshastighet på 10 Mt-S/år ved ekvator og 20 km gir en strålingspådrivelse på kun 1,7 W m ⁻² , mindre enn halvparten av det som trengs for å oppveie strålingspådrivet til en CO ₂ -dobling [ Heckendorn et al. , 2009 ].

2. Aerosoldannelse fra H ₂ SO ₄ i en flysky

[5] Vi undersøker muligheten for å danne sulfataerosoler i en flysky ved utslipp av H ₂ SO _4- damp i stedet for SO ₂ ( Figur S1 ). (Avhengig av injeksjonsmetoden kan SO _3- damp slippes ut i stedet for H ₂ SO ₄ , men den omdannes raskt til H ₂ SO ₄ , se hjelpematerialeTekst S1). Aerosolmasse dannes i en flysky når en damp som slippes ut av flyet avkjøles under kondenseringspunktet når den blandes med omgivelsesluften (ligner på mekanismen som danner flykontrailer). Mer generelt kan man utnytte den samme fysikken for å danne en rekke aerosoler i stratosfæren ved utslipp av et høytemperaturgassfasestoff som har lav flyktighet ved omgivelsestemperaturer.

[6] For å undersøke metoden, modellerte vi dannelsen av sulfataerosol ved injeksjon av svovelsyre (H ₂ SO ₄ ) damp ved å bruke en aerosol mikrofysikkmodell (senere kalt plume-modell) som følger en ekspanderende pakke i skyen fra tiden. av utslipp (se hjelpemateriale Tekst S1). Vi integrerer modellen inntil tapet av partikler ved koagulering med omgivende partikler dominerer selvkoaguleringen, hvorpå AER globale 2-D sulfataerosolmodellen (kalt AER-modellen og diskutert i neste avsnitt) blir det passende verktøyet. Denne overdragelsen mellom modellene skjer ~2 dager etter injeksjon (for omgivelses geotekniske aerosolkonsentrasjoner på 50 cm ⁻³ , figur S3). Selv om overleveringstiden avhenger av konsentrasjonen av partikler i den omgivende atmosfæren, har modellresultatene bare en liten følsomhet for de nøyaktige detaljene i overleveringstiden.

[7] Figur 2 viser følsomheten til sulfataerosolens størrelsesfordeling etter 2 dager i skyen til hastighetene for H ₂ SO ₄ utslipp, støtfortynning, aerosolkernedannelse og kondensasjon (se hjelpemateriale Tekst S1). De resulterende aerosolstørrelsesfordelingene er nesten fullstendig kontrollert av utslipps- og plumfortynningshastighetene (ulike fargede linjer i figur 2 ). Størrelsesfordelinger er bemerkelsesverdig ufølsomme for variasjoner i kjernedannelse og kondensasjonshastighetskoeffisienter (ulike linjetyper i figur 2 ) fordi all H ₂ SO ₄damp har dannet kjerne eller kondensert i løpet av sekunder etter utslipp, slik at selvkoagulering av nye partikler jevner ut eventuelle innledende forskjeller i størrelsesfordelingen. Disse resultatene er i samsvar med Turco og Yu [1999] . Fordi resultatene er ganske følsomme for fortynningshastigheten for plum, vil usikkerheter i fortynningshastighetene som testes her føre til usikkerhet i de resulterende størrelsesfordelingene. Disse resultatene viser at partikler av ønsket størrelse kan lages ved å kontrollere utslippsraten og muligens fortynningshastigheten (hvis innledende spredning kan kontrolleres gjennom fly- og injektordesign).

3. Stratosfærisk aerosol og strålingspådriv

[8] For å modellere utviklingen av aerosoler i stratosfæren etter at kondensasjonsflommen har dannet seg og slappet av, bruker vi AER 2-D aerosolmodellen i samme konfigurasjon som ble brukt av Heckendorn et al. [2009] til modell SO _2- injeksjon. Simuleringer kjøres i 10 år, hvor steady-state aerosolkonsentrasjoner er nådd i stratosfæren. Vi simulerer injeksjon av 2, 5 og 10 megatonn svovel per år jevnt fordelt mellom 30°N og 30°S og 20 og 25 km høyde kontinuerlig i tid. Størrelsesfordelingene for injisert aerosol er hentet fra skytemodellen med 3 kg S km ⁻¹ hurtig og sakte fortynningstilfeller og 30 kg S km ⁻¹hurtig fortynningstilfelle, noe som resulterer i tall-median radius på henholdsvis 65, 95 eller 180 nm med en lognormal bredde på 1,5. Vi sammenligner med tilfeller der samme mengde svovelmasse injiseres i samme region som SO ₂ .

[9] Figur 3 viser forutsagt steady-state aerosolantall og massestørrelsesfordelinger (ved ekvator og 23 km, og 40°N og 17 km) for 5 Mt-S år ⁻¹ tilfeller. SO ₂ -utslippstilfellene i figur 3a viser tilstedeværelsen av en kjernedannelsesmodus som mangler fra H ₂ SO ₄ -utslippstilfellene. SO ₂ -utslippstilfellene har også flere store ( r > 1 μ m) partikler på grunn av kondensering av H ₂ SO ₄ på akkumuleringsmoduspartikler og koagulering av kjerneholdige partikler med akkumuleringsmoduspartikler. Toppmassen til partiklene ( figur 3b) generert ved H ₂ SO _4- injeksjon har mindre størrelser enn partikler fra SO _2- injeksjon. Sammenligning av disse størrelsesfordelingene med figur 1 viser at de H ₂ SO ₄ -genererte partiklene vil ha lengre stratosfæriske levetider og være mer effektive spredninger enn de SO ₂ -genererte partiklene. Figur 3 viser også aerosolstørrelsesfordelinger for januar–februar 1992 etter utbruddet av Pinatubo-fjellet på Filippinene i juni 1991. AER-modellberegningen fra Heckendorn et al. [2009]er vist både ved ekvator og 40°N; i tillegg størrelsesfordelinger avledet fra optiske partikkeltellerdata [ Deshler et al. , 1993 ] er vist ved 40°N. For de viste tidspunktene og rutenettet gir geoengineering-beregningene med H ₂ SO _4- utslipp aerosolpartikler av mindre størrelse enn det vulkanske tilfellet, mens SO ₂ -utslippstilfellene fører til partikler som er sammenlignbare med eller større enn det vulkanske tilfellet.

[10] Figur 4 viser steady-state stratosfæriske svovelbelastninger og toppen av atmosfærens solbåndfluksendringer for ulike injeksjonsscenarier. Vårt SO ₂ referansescenario er mer effektivt enn Heckendorn et al. [2009] scenario (“SO ₂ ekvator, 20 km”, gjengitt her for sammenligning) fordi vi antar mer romlig spredte SO ₂ -utslipp (30°S–30°N og 20–25 km). Også inkludert for sammenligning er stratosfæriske svovelbelastninger beregnet av Rasch et al. [2008b] og solfluksendringene beregnet av Robock et al. [2008], representant for tidligere modellering som ikke inkluderte online aerosolmikrofysikk. Svovelbelastningene er alltid høyere for H ₂ SO ₄ -injeksjonsskjemaene sammenlignet med SO ₂ -injeksjonsskjemaene med samme svovelutslipp ( Figur 4a ) på grunn av lavere gjennomsnittlig fallhastighet; imidlertid er de fortsatt lavere enn verdier antatt i tidligere benchmarkstudier av geoengineering [ Rasch et al. , 2008b ]. Svovelbelastningene fra 10 MT år ⁻¹ av H ₂ SO _4- injeksjon er sammenlignbare med den maksimale svovelbelastningen oppnådd etter Pinatubo-utbruddet, som ga ut omtrent 10 MT-S (ikke vist). SO ₂-injeksjonstilfeller utvides til 20 Mt-S år ^{−1 på} grunn av deres lavere strålingseffektivitet.

[11] Vi bruker en enkel top-of-atmosfære solbånds strålingsfluksberegning (se hjelpemateriale Tekst S1) for å bestemme den relative endringen i aerosolens strålingskraft mellom SO ₂ – og H ₂ SO ₄ -injeksjonsskjemaene ( figur 4b ) ignorerer tilbakemeldinger i atmosfærisk temperatur, kjemi og dynamikk (disse effektene er av sekundær betydning, se hjelpemateriale Tekst S1). H ₂ SO ₄ -injeksjonstilfellene når en avkjøling på −4 W m ⁻² (som kansellerer den globale gjennomsnittlige oppvarmingen fra en dobling av CO ₂ ) i mindre enn 10 Mt-S år ⁻¹(nærmer seg tidligere estimater antatt i litteraturen [ Robock et al. , 2008 ]). På den annen side nådde ikke det lignende SO ₂ -injeksjonsskjemaet −4 W m ⁻² før 19 Mt-S år ⁻¹ , og SO ₂ -injeksjonsskjemaet ved ekvator og bare 20 km nådde ikke denne avkjølingen selv ved 50 Mt-S år ⁻¹ viser den store betydningen av injeksjonssted.

4. Diskusjon og konklusjoner

[12] Våre resultater tyder på at utslipp av H ₂ SO ₄ fra fly kan brukes til å opprettholde sulfataerosolbelastninger og strålingspåvirkninger langt mer effektivt enn det som kan oppnås ved kontinuerlig SO _2- injeksjon. En 50–60 % lavere svovelinjeksjonshastighet var nødvendig for å avkjøle −4 W m ⁻² for H ₂ SO ₄ -injeksjon versus SO ₂ . (Dette er en 35 % reduksjon i den totale massen som bringes til stratosfæren hvis H ₂ SO ₄ bæres i stedet for SO ₂ , se injeksjonsmetoder i hjelpemateriale Tekst S1.) Ved −4 W m ⁻², er den stratosfæriske sulfatmassebelastningen for H ₂ SO ₄ -injeksjonstilfellene omtrent 40 % lavere enn SO ₂ -tilfellene . Dette vil føre til mindre langbølget oppvarming av den nedre stratosfæren (proporsjonal med aerosolmassebelastningen) og dermed mindre endringer i stratosfærisk kjemi assosiert med denne oppvarmingen [ Heckendorn et al. , 2009 ]. Imidlertid gir alle injeksjonsmetoder omtrent like aerosoloverflatetettheter for lignende strålingsavkjøling, og dermed reduksjoner i ozon på grunn av overflatearealkatalyserte reaksjoner [ Tilmes et al. , 2008 ] ikke i stor grad avhengig av injeksjonsmetoden som er utforsket her og kan være betydelig i alle disse tilfellene.

[13] Emisjon av direkte kondenserbare damper, som foreslått her, kan også brukes til å produsere ikke-svovel aerosoler med en rekke sammensetninger uten naturlige analoger [ Swihart , 2003 ]. En fordel med svovel er at det etterligner en velkjent naturlig prosess, men andre forbindelser kan gi den samme strålingskraften med mindre massebelastning og muligens mindre innvirkning på stratosfærisk kjemi og dynamikk. For eksempel alumina (Al ₂ O ₃) har omtrent fire ganger så mye spredning per volumenhet, så det kan være mulig å bruke vesentlig mindre partikkelstrømmer for å oppnå samme strålingskraft. I tillegg, sammenlignet med sulfat, har alumina mindre infrarød absorpsjon og vil dermed varme den nedre stratosfæren mindre, noe som kan produsere mindre ozontap gjennom denne banen [ Pollack et al. , 1976 ; Jackman et al. , 1998 ]. Imidlertid kan kjemikalier som er mindre vanlige i naturen enn sulfat bidra med ytterligere risiko, både kjent og ukjent.

[14] For å bygge forståelse for effektiviteten og risikoene ved geoengineering, må vi først utvikle metoder som faktisk kan oppnå betydelig negativ strålingspådriv. Geoengineering ved å forbedre stratosfæriske aerosoler introduserer nye miljørisikoer og kan – i beste fall – delvis maskere virkningene av klimagasser på troposfæriske temperaturer, mens problemer som havforsuring forblir uløste. Dette arbeidet antyder at den direkte dannelsen av aerosoler fra en sky av damper med lav flyktighet kan (a) gi bedre kontroll over partikkelstørrelsesfordelinger og følgelig mer effektiv negativ strålingspådriving per masseenhet emisjon, (b) muliggjøre strålingspådriv opp til -4 W m ⁻² som kan være vanskelig å oppnå ved kontinuerlig utslipp av SO ₂, og til slutt (c) tilby muligheten for å bruke alternative partikkelsammensetninger som kan muliggjøre geoengineering med mindre massebelastninger og eller lavere miljørisiko [ Blackstock et al. , 2009 ]. Utover risikoen som oppstår fra det faktum at ingen aerosol-geoingeniørordninger fullt ut kan kompensere virkningene av klimagasser (f.eks. havforsuring og effekter på hydrologisk syklus), inkluderer andre risikoer tap av ozon gjennom heterogen kjemi og virkningene av den nedre stratosfæriske oppvarmingen gjennom absorpsjon av terrestrisk stråling [ Matthews og Caldeira , 2007 ; Robock et al. , 2008 ; Tilmes et al. , 2008 , 2009 ; Trenberth og Dai, 2007 ]. Risikovurdering må balansere de negative bivirkningene med de positive effektene av den tiltenkte nedkjølingen, mens innsatsen for raske reduksjoner av klimagassutslipp ikke bør slakkes opp.

Anerkjennelser

[15] Forfatterne takker Jay Apt, Beiping Luo, Phil Rasch, Alan Robock, Eugene Rozanov og Richard Turco og for nyttige samtaler og tilbakemeldinger. Finansiering for DKW ved AER levert av NASA ACMAP-programmet.

2013 – Stratosfæriske passasjerflyvninger er sannsynligvis en ineffektiv geoingeniørstrategi

“Her viser vi at bruk av stratosfæriske passasjerfly for å injisere sulfataerosoler ikke ville forårsake betydelig påtvingelse under realistiske injeksjonsscenarier: selv om alle dagens interkontinentale flyvninger ble hevet over tropopausen.” [9]

Stratosfæriske passasjerflyvninger er sannsynligvis en ineffektiv geoingeniørstrategi

Anton Laakso ¹ , Antti-Ilari Partanen ¹ , Harri Kokkola ¹ , Ari Laaksonen ^2,3 , Kari EJ Lehtinen ^1,3 og Hannele Korhonen ¹

Publisert 4. september 2012 • © 2012 IOP Publishing Ltd Environmental Research Letters , bind 7 , nummer 3
Sitering Anton Laakso et al 2012 Environ. Res. Lett. 7 034021nedlastingArtikkel PDFFigurerReferansernedlasting PDF

7997 Totale nedlastinger
5

Slå på MathJax

Del denne artikkelen

Artikkelinformasjon

Abstrakt

Solar strålingshåndtering med stratosfæriske svovelaerosoler har blitt foreslått som en potensiell geoingeniørstrategi for å redusere global oppvarming. Imidlertid har det vært svært lite undersøkelser av effektiviteten til spesifikke injeksjonsmetoder foreslått. Her viser vi at bruk av stratosfæriske passasjerfly for å injisere sulfataerosoler ikke ville forårsake betydelig påtvingelse under realistiske injeksjonsscenarier: selv om alle dagens interkontinentale flyvninger ble løftet over tropopausen, simulerer vi globale kortbølgede strålingspåkjenninger på -0,05 W m ^{– 2} og − 0,10 W m ⁻²med henholdsvis nåværende og fem ganger forhøyede svovelkonsentrasjoner i drivstoffet. I det høyst usannsynlige scenariet at svovelinnholdet i drivstoffet økes med en faktor på 50 (dvs. ti ganger gjeldende lovlig grense) er strålingskraften − 0,85 W m ⁻² . Dette er betydelig lavere enn om samme mengde svovel ble injisert over tropene (− 1,32 W m ⁻² , for 3 Tg (S) yr ⁻¹ ) på grunn av en raskere tapshastighet og lavere intensitet av solstråling i de nordlige mellombreddene hvor nåværende flyveier er konsentrert. Vi spår også lavere global påvirkning på den nordlige halvkule om vinteren enn om sommeren på grunn av sesongvariasjonene i solstrålingsintensiteten på middels breddegrader, den relaterte OH-kjemien som produserer sulfataerosol og fjerning av partikler.

Eksporter sitering og abstrakt BibTeX RISForrige artikkel i utgaveNeste artikkel i utgave

Innhold fra dette verket kan brukes under vilkårene i Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0-lisensen . Enhver videre distribusjon av dette verket må opprettholde attribusjon til forfatteren(e) og tittelen på verket, tidsskriftsitering og DOI.

1. Introduksjon

Solar radiation management (SRM) teknikker tar sikte på å kompensere oppvarmingen forårsaket av økte klimagasskonsentrasjoner ved å øke reflektiviteten til jorden. For tiden er den mest studerte, og sannsynligvis den mest lovende, SRM-metoden injeksjon av svovel til stratosfæren (Rasch 2008 ). I atmosfæren reagerer gassformig svovel og danner sulfataerosoler som kan reflektere innkommende kortbølget (SW) stråling tilbake til verdensrommet og dermed avkjøle klimaet. På grunn av stabiliteten til stratosfæren og de relativt langsomme fjerningsmekanismene for submikron aerosoler, kan levetiden til sulfataerosolen være 1–2 år, mens den i troposfæren bare er fra noen få dager til en uke (Rasch 2008 ).

Ideen om stratosfæriske svovelinjeksjoner går tilbake til 1970-tallet, da Budyko ( 1977 ) antydet at utslipp av svovel fra jetdrivstoffet til et sivilt fly som flyr i stratosfæren kunne øke aerosolkonsentrasjonen og dermed forårsake klimaavkjøling. I teorien kan interkontinentale og andre langdistanseflyvninger med fly av Concorde-typen som er i stand til å operere i stratosfæriske høyder brukes til dette formålet. Siden 1970-tallet har en rekke andre injeksjonsmetoder også blitt foreslått, inkludert militærjetfly, modifisert artilleri, skorsteiner og høyhøydeballonger (The Royal Society 2009). Mens de strålings- og klimaeffekter av stratosfæriske injeksjoner de siste årene har blitt studert ganske omfattende, har svært få av de tidligere modelleringsstudiene eksplisitt tatt for seg spørsmålet om injeksjonsmetoden (Rasch 2008 ). Ett unntak er Pierce et al ( 2010 ), som studerte sulfatpartikkeldannelse i individuelle plumer av et dedikert luftfartøy og brukte resultatene deres som input til en 2D stratosfærisk aerosolmodell for å beregne strålingskraften fra injeksjoner gjort mellom 30°S og 30°C. °N breddegrader. Flere andre studier har tilsatt svovel i én modellnettcelle i tropene (Niemeier et al 2011 , Robock et al 2008 , Jones et al 2010), som antyder en ganske lokal injeksjonsmetode (f.eks. artilleri eller skorstein). Slike lokale metoder vil frigjøre en stor mengde svovel til et relativt lite volum luft, noe som kan øke koagulasjonen og dermed føre til større partikler og kortere levetid for stratosfærisk aerosolen (Heckendorn et al 2009 ).

Her ser vi på ideen til Budyko ( 1977 ) og undersøker kjølepotensialet til sivile fly i scenarier der de fleste langdistanseflyvninger flys i den nedre stratosfæren og jetdrivstoffet er svovelforsterket. En fordel med disse scenariene er at sulfataerosolen vil spre seg over et stort område i stratosfæren, og minimere koagulasjonseffektene som er spådd for lokale injeksjonsmetoder. Appellen til denne metoden er at en allerede eksisterende aktivitet, i dette tilfellet kommersiell flytrafikk, kan brukes til geoingeniørformål. Vi studerer flere injeksjonsscenarier med klima-aerosolmodellen ECHAM5.5-HAM2 (Zhang et al 2012 ), noe som gjør dette til en av få stratosfæriske geoingeniørstudier som inkluderer en eksplisitt behandling av sulfataerosolmikrofysikk.

Denne studien er ment som et førsteordens estimat av den potensielle kjølingen som teoretisk kan oppnås ved bruk av sivile fly for stratosfærisk geoengineering. Vi erkjenner at det vil være flere tekniske, økonomiske og juridiske problemer som må løses før en slik ordning kan implementeres i virkeligheten. Disse inkluderer å erstatte den nåværende kommersielle flåten med fly av Concorde-typen som faktisk kan operere i stratosfæren, mulige store økninger i drivstofforbruket ettersom flyhøyder og flytyper endres, gjeldende juridiske begrensninger for svovelinnhold av drivstoff og rutebegrensninger for supersoniske sivile fly. (foreløpig kun tillatt over havet). Det kan også være betydelige effekter på stratosfærisk kjemi og spesielt på ozonlaget, da flyet også vil slippe ut store mengder NO_x som ikke er simulert i vår modell.

2. Metoder

2.1. Modellbeskrivelse

I våre simuleringer har vi brukt MAECHAM5.5-HAM2, den midtre atmosfærekonfigurasjonen til aerosol-klimamodell ECHAM5.5-HAM2 (Stier et al 2005 , Zhang et al 2012 ). MAECAM5.5 er integrert med en spektral avkortning på 63 (T63), som tilsvarer omtrent et 1,9°  ×  1,9° horisontalt rutenett, og til 47 vertikale nivåer opp til 0,01 hPa. Simuleringene ble utført med et tidstrinn på 600 s. Aerosolmodulen HAM2 er koblet interaktivt til MAECHAM5.5 og inkluderer et eksplisitt modalt aerosolskjema M7 (Vignati et al 2004) som beskriver aerosoltall og volumstørrelsesfordelinger ved en superposisjon av syv log-normale moduser. HAM2 beregner aerosolutslipp, fjerning, gass- og væskefasekjemi og strålingsegenskaper for de viktigste globale aerosolforbindelsene av sulfat, havsalt, svart karbon, organisk karbon og mineralstøv. M7 beregner de mikrofysiske prosessene for kjernedannelse, kondensering, koagulering og hydrering.

For flyutslipp har vi brukt IPCC AR5 lufttrafikkutslipp for årene 2000 og 2050 (Lamarque et al 2010 ). IPCC AR5-inventaret inkluderer ikke SO ₂ -utslipp for flytrafikk og derfor har vi brukt NO ₂ -masseutslippene i databasen for å beregne SO ₂ -utslippene. Dette ble utført basert på utslippsindeksene fra US Federal Aviation Administration sitt AEDT/SAGE-verktøy (Kim et al 2007 ), som gir en global utslippsindeks på 13,8 g kg ⁻¹  (drivstoff) for NO ₂ . For SO _{2 har} vi brukt en utslippsindeks på 1,2 g kg ⁻¹  (drivstoff) (Barrett et al 2010). Basert på disse verdiene antok vi at for hvert kilo NO _2- utslipp fra fly ble det samtidig sluppet ut 87 g SO ₂ .

I tillegg til lufttrafikkutslipp har vi inkludert aerosolutslipp fra andre menneskeskapte kilder og biomasseforbrenning som gitt i AEROCOM-databasen for år 2000 (Dentener et al 2006 ). For sjøsprøyteutslipp brukte vi en parameterisering som kombinerer de vindhastighetsavhengige kildefunksjonene av Monahan et al ( 1986 ) og Smith og Harrison ( 1998 ) (Schulz et al 2004 ). For støvutslipp brukte vi ordningen Tegen et al ( 2002 ).

Simuleringen ble utført med et frittløpsoppsett og dermed ble den dynamiske tilbakemeldingen som følge av tilleggsvarmen tatt i betraktning. Imidlertid er nettutslipp av f.eks. havsalt og mineralstøv følsomme for vindhastighet i 10 m høyde, noe som kan variere betydelig mellom simuleringer med ulike aerosolfelt. Dette kan tidvis ha sterke lokale effekter på forseringen. Effekten er imidlertid liten når man sammenligner middelverdiene av forsering i simuleringer over flere år.

2.2. Modelleksperimenter

Det ble utført ni simuleringer i denne studien. Hver simulering var for en femårsperiode fra 2001 til 2005 og ble innledet av en to-års spin-up-periode. De studerte scenariene er oppsummert i tabell  1 .

Tabell 1.   Oppsummering av modellforsøkene. (Merk: kolonnene viser utslippsindeksen for svovel i flydrivstoff (g (S)/kg (drivstoff)), den totale mengden svovel injisert til stratosfæren og mengder injisert nord for 30°N, mellom 30°N og 30°S og sør for 30°S. For flere detaljer om de forskjellige scenariene, se avsnitt  2. )

Scenario	EI(S) (g kg −1 )	Stratosfæriske S-injeksjoner (Tg yr −1 )	Tg (S) år −1  > 30 N	Tg (S ) år −1  troper	Tg (S) år −1  > 30 S
CTRL	0,6	0,02	0,02	—	—
SAT	0,6	0,06	0,04	0,02	0,0008
SAT  ×  5	3.0	0,31	0,22	0,08	0,004
SAT  ×  50	30 ( /0 . 6 ) a	3.06	2.24	0,79	0,04
SAT  ×  5 2050	3.0	0,69	0,46	0,22	0,01
SAT  ×  5 SO4	3.0	0,31	0,22	0,08	0,004
EQ3	—	3.0	—	3.0	—
SAT  ×  50 H2SO4	30 ( /0 . 6 ) a	3.06	2.24	0,79	0,04

^a I  scenariene SAT  ×  50 og SAT  × 50 H2SO4 brukes utslippsindeks 30 kun i stratosfæren og indeks 0,6 i troposfæren.

I kontrollkjøringen (CTRL) ble flyutslippene simulert ved å bruke flyhøydene fra AEROCOM og gjeldende svovelkonsentrasjon i drivstoffet beregnet som beskrevet i avsnitt  2.1 . I alle de andre simuleringene ble alle interkontinentale flyginger over hav samt delene av flyginger over kontinenter som for tiden finner sted i høyder over 10 km hevet ca. 2 km over tropopausen og spredt til tre modellnivåer i stratosfæren. Som et resultat ble omtrent halvparten av alle nåværende flyutslipp sluppet ut til stratosfæren. SO ₂ -utslippene fra disse forhøyede flyvningene ved bruk av år 2000-utslipp er vist i figur  1(en). På grunn av tropopausens varierende høyde, må flyhøydene økes mye mer i tropene enn på mellom- og høye breddegrader (figur  1 (b)).

Geoingeniørsimuleringen SAT hadde samme flyruter og totale SO ₂ -utslipp som CTRL-simuleringen, bortsett fra at noen av flygningene ble hevet til stratosfæren som beskrevet ovenfor. Scenariene SAT  ×  5 og SAT  ×  50 var som SAT, bortsett fra at det nåværende svovelinnholdet i drivstoffet ble forsterket av faktorene 5 og 50, noe som førte til injiserte svovelmasser på henholdsvis 0,3 Tg yr ⁻¹ og 3,0 Tg yr ⁻¹ (tabell  1 ). Merk at SAT  ×  5-scenarioet tilsvarer gjeldende lovlige grense for svovelkonsentrasjoner for flydrivstoff på 3 g (S)/kg (drivstoff) (IPCC 1999 ), og dermed scenario SAT  × 50 overskrider denne grensen med en faktor på ti. Teknisk sett, hvis en 50 ganger svovelforsterkning ble brukt, ville flyene sannsynligvis trenge to separate drivstofftanker: en for drivstoff med gjeldende svovelkonsentrasjon som skal brukes i lavere høyder der luftforurensning er et problem, og en annen for svovelforsterket drivstoff. som skal brukes i stratosfæren. Dette ble tatt i betraktning i dette scenariet, og økt svovelkonsentrasjon ble kun brukt i stratosfæren. Vi antar her at flymotorene kan utformes for å opprettholde det økte svovelinnholdet i drivstoffet.

Effekten av fremtidige endringer i flytrafikkvolum og flyruter ble undersøkt med scenario SAT  ×  5 2050, som antar samme svovelinnhold som SAT  ×  5, men bruker anslåtte flyruter for år 2050 fra Representation Concentration Pathways scenario 8.5 (RCP8) .5) av IPCC AR5. Disse flyveiene er også forhøyet for å kunne flys i stratosfæren. RCP8.5 kan sees på som det ikke-klimapolitiske scenarioet der menneskeskapte CO ₂ -utslipp øker slik at oppvarmingseffekten av CO ₂ er 8,5 W m ⁻²på slutten av dette århundret. Merk at mens de opprinnelige RCP-scenariene antar at svovelkonsentrasjonen i drivstoffet vil reduseres betydelig i fremtiden på grunn av regulering, har vi i vår simulering som undersøker geoingeniørpotensialet til sivile fly brukt fem ganger den nåværende svovelkonsentrasjonen i drivstoffet. Klimaforholdene og utslippene andre enn fra flytrafikken var de samme som i de andre scenariene.

I alle simuleringene nevnt ovenfor slippes svovel ut som SO ₂ . Men siden den globale klimamodellens oppløsning er ganske dårlig, er vi ikke i stand til å fange opp de høye SO ₂ -konsentrasjonene i flyplommene og vil derfor sannsynligvis undervurdere partikkeldannelse i flyeksos og umiddelbart etter utslippene. Derfor, for å teste følsomheten til resultatene våre, gjentok vi scenariet SAT  ×  5 under forutsetning av at 5% av svovelutslippene sendes ut som primære sulfatpartikler med en geometrisk gjennomsnittlig diameter på 50 nm (simulering SAT  ×  5 SO ₄ ).

Simulering EQ3 ble inkludert som et referansetilfelle. I denne modellkjøringen ble ingen stratosfæriske flygninger simulert, men i stedet ble 3 Tg yr ⁻¹ injisert svovel jevnt over området mellom breddegrader 20°S og 20°N i en høyde på 19–21 km. Dette scenariet ble valgt siden tidligere studier har vist at stratosfæriske svovelinjeksjoner i tropene er de mest effektive når det gjelder geoengineering (Robock et al 2008 ). Ved å sammenligne strålingskraftene forårsaket av stratosfæriske utslipp fra fly og utslipp over tropene, kan vi evaluere effektiviteten av injeksjon fra flytrafikk.

Til slutt gjentok vi simulering SAT  ×  50 forutsatt at svovelet injiseres i form av H ₂ SO _{4 i} stedet for SO _{2 for} å estimere effekten av hvordan formen av emittert svovel påvirker forseringene. Det må bemerkes at i vår simulering antas H ₂ SO ₄ å være jevnt fordelt innenfor modellruteboksen, mens gassformig H ₂ SO ₄ i realiteten ville transformert til partikkelfase svært lokalisert i flyplumer. Dermed kan ikke denne antakelsen om godt blandet H ₂ SO ₄ i gridboksen betraktes som helt fysisk og simuleringen er ikke direkte sammenlignbar med Pierce et al.( 2010 ).

En begrensning i simuleringene beskrevet ovenfor er at vi er begrenset til flyveiene og de totale utslippene til dagens flyflåte, som med stor sannsynlighet ikke er helt representative for storskala flyoperasjoner i stratosfæren. Imidlertid er mer nøyaktige estimater for typen scenarier vi studerer foreløpig ikke tilgjengelige. Med dette i bakhodet, bør resultatene våre tas som et førsteordens estimat av potensiell avkjøling fra geoengineering med stratosfæriske sivile fly.

3. Resultater

Tabell  2 viser endringen i den globale gjennomsnittlige klar-himmel og all-sky shortwave (SW) strålingskraft på overflaten mellom injeksjonsscenarioene og CTRL-kjøringen. I alle tilfeller er strålingskraften mindre på hele himmelen enn i tilfellet med klar himmel fordi globalt sett bidrar skyer med omtrent 2/3 av den planetariske albedoen.

Tabell 2.   Strålingspåvirkning fra klar himmel og all-himmel ved overflaten og stratosfærisk svovelbelastning for hvert studert scenario.

Scenario	SW klar himmel strålingspådriv (W m −2 )	SW all-sky radiative forcering (W m −2 )	Stratosfærisk svovelbelastning (Tg (S))
SAT	−0,07	−0,05	0,04
SAT  ×  5	−0,19	−0,10	0,19
SAT  ×  50	−1,43	−0,85	1,63
SAT  ×  5 2050	-0,58	−0,38	0,44
SAT  ×  5 SO4	−0,21	−0,12	0,20
EQ3	−2.15	−1,32	2,40
SAT  ×  50 H2SO4	−1,88	−1.13	1,59

Som tabell  2 viser, vil stratosfæriske flygninger uten økning av svovelinnhold i brensel (simulering SAT) ha en ubetydelig effekt på strålingskraften (− 0,05 W m ⁻² ). På grunn av dette vil ganske enkelt drift av gjeldende interkontinentale sivile flyvninger i stratosfæren sannsynligvis føre til ubetydelig klimaavkjøling. Fra et geoengineeringssynspunkt vil svovelinnholdet i drivstoffet måtte økes betraktelig. Selv om den gjeldende lovlige grensen for svovelkonsentrasjon for flydrivstoff (simulering SAT  ×  5) brukes, er strålingskraften på overflaten bare − 0,10 W m ⁻² . Imidlertid, ved å bruke 50 ganger gjeldende svovelkonsentrasjon i flydrivstoff (simulering SAT  × 50), kan det være mulig å øke strålingspåvirkningen av flyutslipp betraktelig. I dette tilfellet er den globale endringen i all-sky strålingspådriv ved overflaten − 0,85 W m ⁻² , som er litt mindre enn en fjerdedel av den positive kraften fra dobling av CO ₂ (3,7 W m ⁻² ). Imidlertid anser vi en så høy økning av svovelinnholdet i drivstoffet som svært usannsynlig.

Levetiden til stratosfærisk svovel er mindre i SAT  ×  50-tilfellet enn i SAT  ×  5-tilfellet (henholdsvis 0,53 år og 0,68 år), siden med større svovelinjeksjoner vokser stratosfæriske partiklene raskere, noe som øker sedimentasjonen (Robock et al 2008 ). Denne effekten er også tydelig fra sub-lineariteten til klarsky-kraften som en funksjon av injisert svovelmasse (tabell  2 ). Den tilsynelatende superlineariteten til all-sky forcering er forårsaket av små forskjeller i modellert meteorologi mellom simuleringene som har en relativt stor effekt i scenariene med lavt svovelinnhold.

Hvis 5 % av brennstoffsvovel slippes ut som primære SO _4- partikler (kjørt SAT  ×  5 SO4), er den forutsagte aerosolstrålingskraften nesten lik tilfellet der alt svovel slippes ut som SO ₂ (kjørt SAT  ×  5) (tabell  2 ) . I begynnelsen av den toårige modellens spin-up viser simulering SAT  ×  5 SO4 flere partikler i akkumuleringsmodus, men denne forskjellen forsvinner før slutten av spin-upen. Det er ingen vesentlig forskjell i stratosfærisk svovelbelastning mellom scenariene SAT  ×  5 og SAT  ×  5 SO4. Gitt at tidsskalaen for SO ₂ oksidasjon i stratosfæren er 30–40 dager (McKeen og Liu 1984, Rasch 2008 ) og dermed utslipp av 5 % svovel som primærpartikler kan sees på som et rimelig øvre grenseestimat for dannelse av sub-grid partikler, simulering SAT  ×  5 SO4 indikerer at våre resultater ikke er svært sensitive for behandling av sub-grid. prosesser når svovel antas avgitt som SO ₂ .

Den forutsagte strålingspådrivelsen øker merkbart hvis vi bruker estimerte flytrafikkvolumer for år 2050 i stedet for år 2000 (scenario SAT  ×  5 2050). I dette tilfellet er den globale strålingskraften ved overflaten − 0,38 W m ⁻² , som er nesten fire ganger større enn belastningen i SAT  ×  5 (tabell  2 ). Endringen i den totale mengden injisert stratosfærisk svovel med en faktor på 2,25 forklarer denne økningen bare delvis. Figur  2 avslører at den sonale gjennomsnittlige strålingskraften på hele himmelen ved overflaten er klart høyere ved alle breddegradsbånd i SAT  ×  5 2050 sammenlignet med SAT  × 5. Forskjellen er imidlertid størst i tropene omtrent mellom breddegrader 30 °S og 30 °N. Tabell  1 viser at mengden svovel som injiseres mellom disse breddegradene er nesten tre ganger større i simulering SAT  ×  5 2050 enn i SAT  ×  5. De lave breddegradene mottar mer sollys enn de midtre eller høye breddegradene, og dermed samme mengde injisert svovel har en høyere geoingeniøreffektivitet. I tillegg er levetiden til stratosfærisk sulfat i scenario SAT  ×  5 2050 nesten lik den i scenario SAT  × 5 (henholdsvis 0,65 år og 0,68 år), selv om mengden injisert svovel i det første scenariet er dobbelt så stor som i sistnevnte. Dette er fordi fjerning av aerosoler på de lave breddegrader er mye langsommere enn på de midtre og høye breddegrader og partikler på de lave breddegrader transporterer seg først mot polen før de fjernes fra stratosfæren.

Betydningen av den romlige fordelingen av injeksjonene sees også tydelig hvis vi sammenligner scenariene SAT  ×  50 og EQ3, hvor totalt 3 Tg (S) yr ⁻¹ injiseres til stratosfæren i begge tilfeller. Den globale strålingskraften er 55 % større når svovel injiseres til tropene enn når det injiseres ved bruk av de nåværende flyveiene hovedsakelig i de nordlige mellombreddegrader (tabell  2 ). Figur  2viser at mens sonekraftene i de to scenariene er sammenlignbare på de nordlige middels til høye breddegrader, er det stor forskjell i favør av EQ3-scenarioet i tropene og sørlige middelbredder. I scenario EQ3 spres svovelet mer homogent over kloden og levetiden til sulfatpartikler er lengre siden det tar lengre tid for sulfatet å bli transportert til de midtre breddegrader og poler hvor partikkelavsetningen er raskere (Hamill et al 1997 ). Som en konsekvens er den globale stratosfæriske svovelbelastningen omtrent 40 % større i EQ3 enn i SAT  ×  50 (tabell  2 ). Lokal SO ₂konsentrasjonene er også forskjellige mellom scenariene, men vi forventer at dette ikke vil ha en signifikant effekt på resultatene basert på tidligere studier som sammenlignet samme SO ₂ -injeksjon med en eller flere rutenettceller langs ekvator (Niemeier et al  2011 ).

Til sammenligning, i SAT  ×  50 H2SO4 injiserte vi svovel som H ₂ SO _{4 i} stedet for SO ₂ . Geoengineering ved bruk av H ₂ SO _4- injeksjoner kan forventes å forårsake mer avkjøling siden det vil resultere i høyere lokal H ₂ SO _4- konsentrasjon og favorisere kjernedannelse fremfor kondensering. Dette fører igjen totalt sett til mindre partikler og mindre effektiv koagulering (Pierce et al 2010 , Niemeier et al 2011 ). Bruken av H ₂ SO _4- injeksjoner øker strålingskraften i hele himmelen ved overflaten til − 1,13 W m ⁻², men som vi ser fra figur  2, skjer den forsterkede forseringen bare på den nordlige halvkule og i sør, er strålingskraften lik tilfellet der svovel injiseres som SO ₂ (SAT  ×  50). Dette er fordi de lokale H ₂ SO _4- konsentrasjonene er høyest i de mest trafikkerte flyrutene på den nordlige halvkule. På den sørlige halvkule er det klart mindre flytrafikk, og på grunn av dette er de lokale konsentrasjonene av injisert svovelsyre så små at rask kjernedannelse i skyen ikke skjer. Det skal imidlertid bemerkes at vår modell ikke tar hensyn til partikkeldannelsen i undernettet i flyplommen, og dermed vår simulering med H ₂ SO₄ injeksjoner undervurderer sannsynligvis strålingspådrivet til en viss grad.

Figur  3 viser den sesongmessige variasjonen av sonemiddelstrålingskraften for SAT  ×  50-scenarioet. Det er en sterk sesongmessig syklus på de nordlige midt- og høye breddegrader med en toppkraft i sommermånedene. Reflekterende sulfatpartikler har konsentrert seg til de nordlige mellom- og høye breddegrader og om sommeren blir mer sollys rettet mot og kan dermed reflekteres fra disse breddegradene. Det er også en viss sesongvariasjon i SO ₂ stratosfærisk belastning (fra 0,44 Tg i juli til 0,65 Tg i januar) på grunn av høyere sommertidskonsentrasjoner av OH, som er hovedoksidanten til atmosfærisk SO ₂ . Dette betyr at oksidasjonshastigheten til SO ₂på den nordlige halvkule er mye sterkere om sommeren enn om vinteren. Dette, sammen med mulige sesongmessige endringer i avsetning og dynamikk, fører til liten sesongvariasjon i den globale stratosfæriske belastningen av sulfatpartikler (1,30 Tg i juni–juli–august og 1,12 Tg i desember–januar–februar), som gjør sesongvariasjonen av strålingskraften enda sterkere. De respektive rollene til sesongendringene i OH, avsetning og dynamikk er vanskelig å kvantifisere fra våre simuleringer. En ytterligere sensitivitetssimulering (ikke vist) ved bruk av de samme injeksjonene som i SAT  ×  50, men fiksering av OH-konsentrasjonen til sommertidsverdier halverer tilnærmet sesongvariasjonen i sulfatbelastning sammenlignet med SAT  × 50, og indikerer dermed at flere av disse faktorene spiller en viktig rolle. Totalt sett er den globale strålingskraften på den nordlige halvkule sommeren (juni–juli–august) − 1,07 W m ⁻² mens den om vinteren (desember–januar–februar) er − 0,79 W m ⁻² i scenario SAT  ×  50 .

Figur  4 viser den geografiske fordelingen av all-sky forseringen for scenario SAT  ×  50. Siden dagens flytrafikk er sterkt konsentrert på den nordlige halvkule, er forseringen mye større i den nordlige (− 1,1 W m ⁻² ) enn i den sørlige. halvkule ( − 0,60 W m ⁻² ). Siden Brewer–Dobson-sirkulasjonen fortrinnsvis transporterer luft fra ekvator til polene, spres ikke partikler som frigjøres på den nordlige halvkule effektivt til den sørlige halvkule. Hvis vi ser i detalj på noen spesifikke områder, ser vi at dette geoingeniørscenarioet har stor effekt på strålingspåvirkningen i Europa (− 1,45 W m ⁻² ), Nord-Amerika (− 1,33 W m ⁻² ) og Nord-Asia (− 1,50 W m⁻² ), men en mye mindre effekt i Afrika ( − 0,68 W m ⁻² ), Sør-Amerika ( − 0,65 W m ⁻² ), Australia ( − 0,56 W m ⁻² ) og i India og Sørøst-Asia (− 0,49 W m ⁻² ). m ⁻² ) (regionsgrenser vist i figur  4 ). Legg merke til at den positive forseringen over og vest for Sahara er forårsaket av en forskjell i støvutslipp mellom CTRL- og SAT  ×  50-simuleringene og skyldes litt forskjellige meteorologier.

4. Diskusjon

Det er interessant å sammenligne vår figur  4 med (b) i Ricke et al ( 2010 ). De studerte endringer i regionalt klima ved å bruke SRES A1B-scenarioet for de viktigste menneskeskapte kreftene og definerte det ‘optimale' nivået av globalt brukt geoengineering som nivået som på 2070-tallet ville bringe hver studerte regions klima tilbake til nærmest 1990-tallets tilstand. De fant at Europa, Nord-Amerika og Nord-Asia ville ha nytte av sterk solstrålingshåndtering, mens en mye lavere intensitet ville være mer optimalt for India, Afrika og Sør-Amerika. De foreslo også at ujevn pressing kunne brukes for å produsere en ønskelig regional temperatur- og nedbørseffekt. Ved å bruke metoden som presenteres her, vil kreftene fra vår SAT  × 50 scenario er rettet mot områder som ville ha nytte av sterkere geoengineering ifølge Ricke et al ( 2010 ). Det er imidlertid ikke helt enkelt å estimere klimaeffektene fra strålingspådriv alene, og ytterligere klimamodellstudier vil være nødvendig for å teste effekten av uensartede påvirkninger.

Den ujevne geografiske fordelingen av strålingspådriv som følge av våre scenarier kan også ha noen andre viktige klimakonsekvenser. Simuleringene innebærer en relativt stor forsering i de nordlige høye breddegrader, hvor den kan hindre smelting av isbreer og arktisk havis, eller utslipp av metan fra Sibir (MacCracken 2009 , Westbrook et al 2009 ). Dermed kan denne geoengineering-metoden potensielt redusere disse klimatilbakemeldingene som vil akselerere global oppvarming. En uønsket effekt som ikke kan studeres med vår modell er utarming av stratosfærisk ozon som er spådd å være et resultat av stratosfærisk svovel geoengineering (Heckendorn et al 2009)). Det er sannsynlig at denne geoengineering-metoden vil forårsake en betydelig utarming av ozonlaget, spesielt på Nordpolen, hvor ozonnedbryting allerede er et problem.

Store forbedringer i svovelinnholdet i drivstoff kan ha implikasjoner på jetmotorsikkerheten så vel som på fly som flyr i luft med høy sulfataerosolkonsentrasjon. Men hvis disse utfordringene kan overvinnes, er en potensiell fordel med å bruke kommersielle fly til geoengineering at det sannsynligvis vil kunne implementeres relativt raskt dersom behovet skulle oppstå som følge av en trussel om en brå klimaendringer på nordlige høye breddegrader, hvor kommersiell luft trafikken flyr allerede i stratosfæren. Å utvide denne typen geoengineering også til de lave breddegrader vil medføre flere tekniske og økonomiske utfordringer siden man må nå høyder nær 20 km. For å oppnå bemerkelsesverdig klimaavkjøling, vil en betydelig del av den globale luftfartstrafikken måtte omorganiseres for å tjene målet om geoengineering.

5. Konklusjoner

Våre resultater indikerer at bare å heve en stor del av sivil flytrafikk inn i stratosfæren vil ha en ubetydelig strålingseffekt, og at for å utnytte flytrafikken til geoengineering, må svovelinnholdet i flydrivstoffet økes betydelig. Selv om dette ble gjort, ville dagens så vel som forutsagte fremtidige flyveier føre til en geografisk svært ujevn forsering som konsentrerte seg om nordlige mellom- og høye breddegrader, som ikke er optimale for geoengineering når det gjelder mengden mottatt sollys, konverteringsrate på svovel til sulfatpartikler eller aerosollevetid. Hvis en globalt mer enhetlig forsering eller en forsering tilstrekkelig til å motvirke f.eks. dobling av CO ₂konsentrasjon var ønsket, ville en annen svovelinjeksjonsmetode være nødvendig. Spesielle fly dedikert til geoengineering-formålet kan gi mer kontroll for å produsere en mer gunstig romlig og tidsmessig fordeling av svovelinjeksjoner og dermed være en mye billigere og mer effektiv geoengineering-metode enn å bruke stratosfæriske sivile flyvninger.

Anerkjennelser

Dette arbeidet ble støttet av Finlands Akademis forskningsprogram om klimaendringer (FICCA) (prosjekt 140867), Maj og Tor Nesslings stiftelse (stipend 2012116) og Finlands Akademis forskningsstipendiatstilling (vedtak 250348). Forfatterne ønsker å takke T Bergman, U Niemeier, S Ferrachat og U Lohmann for teknisk assistanse med ECHAM-modellen. ECHAM–HAMMOZ-modellen er utviklet av et konsortium sammensatt av ETHZ, Max Planck Institut für Meteorologie, Forschungszentrum Jülich, University of Oxford og det finske meteorologiske instituttet og administrert av Center for Climate Systems Modeling (C2SM) ved ETHZ.

2015 – Finlands Akademis FICCA “COOL”-prosjekt

“En annen teknikk som ble undersøkt var bruken av kommersielle passasjerfly som flyr i store høyder for å injisere sulfataerosoler, som slippes ut av flydrivstoff, inn i stratosfæren. Dette vil etterligne et vulkanutbrudd, der svovelforbindelser frigjøres til stratosfæren. De reflekterer solstråling og har derved en tydelig kjølende effekt på klimaet. Ingen tidligere beregninger er tilgjengelige på levedyktigheten av å bruke kommersielle flyvninger på denne måten.

“Når det gjelder effektive geoengineering-strategier, viste denne teknikken seg lite levedyktig. Det fungerer best nær ekvator, men lite flytrafikk opererer der – kommersielle flyruter opereres lenger nord. I tillegg klarer ikke dagens kommersielle fly å fly høyt nok i stratosfæren. Vi vil trenge nye fly med store mengder svovel tilsatt drivstoff, sier Laaksonen. [11]

Ikke tilgj: http://web.archive.org/web/20150314161010/http://www.aka.fi/en-GB/A/Programmes-and-cooperation/Academy-programmes/Etusivun-elementit/Researchers-look-into- geoengineering-muligheter/

Kommersielle fly kan brukes til å levere sulfat inn i stratosfæren ved å øke svovelinnholdet i drivstoffet og flyhøyden på interkontinentale flyvninger • Svovelinnholdet i drivstoffet bør økes til omtrent 50 ganger dagens nivå for å ha en betydelig kjøleeffekt • Avkjølingen effekten vil være begrenset til den nordlige halvkule. [12]

Studying geoengineering with a climate
model
Antti-Ilari Partanen1
*, Anton Laakso1
, Harri Kokkola
1
, Sami Romakkaniemi
2
, Anja Schmidt
3 Tuomas
Kuokkanen4
,Veli-Matti Kerminen5
, Tommi Bergman
1
, Antti Arola
1
,Joni-Pekka Pietikäinen
6
, Lauri
Laakso6 Kari E. J. Lehtinen
1,2
, Ari Laaksonen
6,2 and Hannele Korhonen
1
,
1Kuopio Unit, Finnish Meteorological Institute, Kuopio, Finland ,
2Department of Applied Physics, University of Eastern Finland, Kuopio campus, Kuopio,
Finland,3School of Earth and Environment, University of Leeds, Leeds, United Kingdom,
4Department of Law, University of Eastern Finland, Joensuu Campus,
Joensuu, Finland,5Department of Physics, University of Helsinki, Helsinki, Finland,
6Climate change, Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland
*Presenting author, antti-ilari.partanen@fmi.fi
Introduction
•Aerosols are in the main role in several solar radiation
management (SRM) proposals such as:
•Stratospheric sulfate injections
•Marine cloud whitening with sea spray
•There are several significant risks involved with SRM
•Our studies have concentrated on the effects on the Earth's
radiative balance
•We used global aerosol-climate model ECHAM5-HAM [1]
•Aerosol emissions, microphysics and removal processes
•Interaction of aerosols and clouds
Conclusions
•Controlled aerosol emissions have potential to significantly cool
the climate
•Uncertainties in modeling the effects of SRM are large
•SRM cannot substitute urgent emission reductions
Sea spray injections Stratospheric sulfate injections with
commercial aircraft
Manipulating shipping emissions Volcanic eruption and geoengineering
COOL
References

1. Zhang, K.; O'Donnell, D.; Kazil, J.; Stier, P.; Kinne, S.; Lohmann, U.; Ferrachat, S.; Croft, B.; Quaas, J.; Wan, H.; Rast, S.; Feichter, J. The global
   aerosol-climate model ECHAM-HAM, version 2: sensitivity to improvements in process representations. Atmos. Chem. Phys. 2012, 12, 8911-8949.
2. Partanen, A.-I., H. Kokkola, S. Romakkaniemi, V.-M. Kerminen, K. E. J. Lehtinen, T. Bergman, A. Arola, and H. Korhonen (2012), Direct and
   indirect effects of sea spray geoengineering and the role of injected particle size, J. Geophys. Res., 117, D02203, doi:10.1029/2011JD016428.
   3.Laakso, A., A.-I. Partanen, H. Kokkola, A. Laaksonen, K.E.J. Lehtinen, H. Korhonen (2012). Stratospheric passenger flights are likely an
   inefficient geoengineering strategy. Environ. Res. Lett.
   7, 034021, doi:10.1088/1748-9326/7/3/034021
3. Partanen, A.-I., Laakso, A., Schmidt, A., Kokkola, H., Kuokkanen, T., Pietikäinen, J.-P., Kerminen, V.-M., Lehtinen, K.E.J., Laakso, L., and
   Korhonen, H. (2013). Climate and air quality trade-offs in altering ship fuel sulfur content , submitted.
4. Laakso, A. et al. Effects of concurrent stratospheric sulfur geoengineering and a large
   volcanic eruption. In preparation.
   Acknowledgements
   We thank Dr. Ulrike Niemeier, Dr. Sylvaine Ferrachat and Prof. Ulrike Lohmann for technical assistance with the ECHAM model; Dr. Karsten Peters for kindly
   providing us with the model modifications to improve the treatment of ships aerosol emission

2015 – Effekter av svovelinnhold i flydrivstoff på klima og menneskers helse

Bruk av høye FSC-er [fuel sulfur content] ved flycruisehøyder kombinert med ULSJ [ultra-low sulfur jet fuel, aviation biofuel] drivstoff i lavere høyder resulterer i redusert flyindusert dødelighet og økt negativ RE sammenlignet med grunnscenarioet for luftfart. [1. 3]

Oversettelse:
(1) Bruk biodrivstoff ved start. Lag mindre kullsvart støv (sot) rundt flyplasser, drep færre mennesker.
(2) Bruk jetdrivstoff med høyt svovelinnhold i høyden. Etterligne “Pinatubo-effekten” for å gjøre stratosfæriske svovelinjeksjoner for håndtering av solstråling.

Her er hvordan to-drivstoff geoengineering-løsningen fungerer

USA-patent 8430360B2 • Oppfinner: Malte Schwarze og Andreas Westenberger • Oppdragsgiver: Airbus Operations GmbH

Styreenheten er tilpasset for å være koblet til minst ett første tilførselsapparat for tilførsel av et første drivstoff til forbrenningsmotoren og til minst ett andre tilførselsapparat for tilførsel av et andre drivstoff til forbrenningsmotoren. [14]

Kontrollenhet og metode for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoff

Abstrakt

En kontrollenhet for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy som har minst én forbrenningsmotor med flere drivstoff, har minst én inngangsanordning for å tilføre optimaliseringsparametere, drivstoffparametere og driftsdata, minst én lagringsenhet for lagring av optimaliseringsparametrene, drivstoffparametere, og driftsdata, og minst én dataenhet. Styreenheten er tilpasset for å være koblet til minst ett første tilførselsapparat for tilførsel av et første drivstoff til forbrenningsmotoren og til minst ett andre tilførselsapparat for tilførsel av et andre drivstoff til forbrenningsmotoren, og for å kontrollere en første masse strøm av tilført første brensel og en andre massestrøm av tilført andre drivstoff.

Bilder ( 3 )

Klassifikasjoner

F02C9/40 Kontroll av drivstofftilførsel spesielt tilpasset bruk av et spesielt drivstoff eller flere drivstoffSe 3 klassifiseringer til

US8430360B2

forente stater Last ned PDF Finn kjent teknikk LignendeOppfinnerMalte SCHWARZEAndreas WestenbergerNåværende mottaker Airbus Operations GmbH

---

Verdensomspennende applikasjoner2009  DE 2010  OSS

---

Søknad US12/940 091 hendelser 2009-11-05Prioritet til US25828109P2010-11-05Søknad innlevert av Airbus Operations GmbH2011-05-05Publikasjon av US20110101166A12013-04-30Søknad innvilget2013-04-30Publikasjon av US8430360B2StatusUtløpt – Gebyrrelatert2031-09-20Justert utløpVis alle hendelser

---

InfoPatenthenvisninger (9)Sitert av (15)Juridiske hendelserLignende dokumenterPrioriterte og relaterte applikasjonerEksterne linkerUSPTOUSPTO PatentCenterUSPTO-oppdragEspacenetGlobalt dossierDiskutere

Beskrivelse

KRYSREFERANSE TIL RELATERTE APPLIKASJONERDenne søknaden krever fordelen av innleveringsdatoen til US provisorisk patentsøknad nr. 61/258.281 innlevert 5. november 2009, hvis avsløring av søknaden er herved inkorporert her som referanse.BAKGRUNN FOR OPPFINNELSENOppfinnelsen vedrører en styreenhet for å kontrollere tilførselen av et kjøretøy med flere drivstoff, en fremgangsmåte for å kontrollere tilførselen av et kjøretøy med flere drivstoff, og et fly, som er tilpasset for å kunne opereres med flere drivstoff.Konvensjonelle drivstoff basert på hydrokarbon, som flydrivstoff, representerer i dag ryggraden i drivstoffforsyningen i luftfarten. Det er imidlertid åpenbart at eksisterende fossile ressurser i seg selv er begrenset, slik at det må forventes at drivstoff som flydrivstoff i fremtiden ikke lenger vil kunne skaffes og brukes til akseptable priser eller i tilstrekkelige mengder. Som følge av denne utviklingen er det ikke til å unngå at alternative drivstoff finner veien inn i luftfarten. Men inntil slike alternative drivstoff kan leveres i stor utstrekning, er det å forvente at flere typer drivstoff kun vil kunne leveres i varierende mengder på forskjellige steder over hele verden, nemlig drivstoff basert på hydrokarboner og alternative, fremtidige drivstoff. Inntil fullstendig tilgjengelighet av alternative drivstoff er gitt, kan det være fordelaktig i en overgangsfase,Kun to fly er kjent innen teknikkens stand som er modifisert på en slik måte at et alternativt drivstoff er brukbart i tillegg til flydrivstoff. Kraftverk ble endret i en modifisert B-57 som demonstrator og i en modifisert Tupolev Tu-155, også som demonstrator, slik at utvalgte eksperimentelle kraftverk hver kunne drives fullstendig ved bruk av hydrogen (LH ₂) eller flytende propangass (LNG). Den modifiserte Tu 155 har for eksempel tre kraftverk, hvorav to utelukkende drives med jetdrivstoff, mens det tredje kraftverket, som et eksperimentelt kraftverk, utelukkende egner seg enten for bruk med flytende hydrogen eller, med ytterligere modifikasjon, for bruk med naturgass. På systemsiden var en påføring av to forskjellige brensler for alle kraftverk som ble brukt ikke mulig i noen av forsøkskraftverkene uten forutgående ettermontering eller lignende.KORT SAMMENDRAG AV OPPFINNELSENTilsvarende vil det kunne eksistere et behov for et kjøretøy som er tilpasset for å kunne betjenes ved bruk av to forskjellige drivstofftyper. Ved å bruke et slikt fly skal det være mulig å bruke både et typisk drivstoff produsert basert på hydrokarbon, som flydrivstoff, og også et alternativt drivstoff som kan brukes for fremtidige fly, som flytende petroleumsgass, naturgass, hydrogen eller lignende.Det vil også kunne være behov for en styreenhet som er tilpasset for å forsyne et kjøretøy med to forskjellige drivstofftyper på en mest mulig optimal måte.Videre kan det eksistere et behov for å optimalisere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstofftyper, slik at avhengig av driftsforhold og optimaliseringsparametere, optimal ytelse av kjøretøyet alltid kan tilveiebringes og spesifiserte oppdragsparametere kan oppfylles.Behovet kan dekkes av en kontrollenhet for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoff ifølge uavhengig krav 1 . Fordelaktige forbedringer kan utledes fra underkravene.De nødvendige tekniske betingelsene for drift av to forskjellige drivstoffsystemer er gitt i mange kjøretøyer med forbrenningsmotorer. I moderne motorkjøretøyer kan flere forskjellige drivstoff som bensin, flytende petroleumsgass (LPG) og komprimert naturgass (CNG) brukes i en typisk bensinmotor med bare relativt små modifikasjoner. På grunn av økende drivstoffkostnader blir motorkjøretøyer også noen ganger modifisert slik at de har to drivstofftanker og kan veksle mellom bruken av de to drivstoffene som styres av en bryter i kjøretøyets interiør, for eksempel mellom bensin og LPG. I moderne kommersielle fly, som bruker gassturbiner for skyvekraftgenerering, kan flere drivstofftyper også forbrennes i ett forbrenningskammer gjennom små modifikasjoner og integrering av egnede injeksjonsanordninger.Imidlertid er kjerneideen til den foreliggende oppfinnelse ikke i den generelle brukbarheten av flere drivstofftyper, men snarere i å tilveiebringe et miljø for mest mulig optimalisert bruk av to eller flere drivstofftyper i et kjøretøy, hvor optimaliseringen kan være oppnås ved bruk av ulike data om spesifikke egenskaper til drivstoffet som skal brukes og spesifiserte optimaliseringsparametere, hvor sistnevnte er avhengig av driftsfasene som skal styres av et planlagt oppdrag, som utføres ved bruk av flere forskjellige drivstofftyper.For å fortsette med eksemplet med flyet, omfatter et oppdrag flere flygefaser, som omfatter start, klatring, cruiseflyging, nedstigning, eventuelt holdeflyging, landing og bevegelser på taksebanen (“taxiing”). Hver av disse flyfasene skiller seg fra de andre på sentrale punkter, som flyhastigheten, glideforholdet, klaffposisjoner, kraftinnstillingen til kraftverkene og dermed effektiviteten som flyet opereres med. Disse ulike parameterne resulterer i ulikt drivstofforbruk avhengig av flyfasen. Massen til flyet ved slutten av hver flygefase er avhengig av drivstoffmassen som er forbrukt frem til dette punktet, som igjen er avhengig av egenvekten til drivstoffet som brukes og massen ved begynnelsen av flyfasen. I hver påfølgende flygefase der flyging finner sted under de ovenfor nevnte endrede forholdene, er drivstofforbruket igjen avhengig av flyets begynnelsesmasse og massereduksjonen i denne påfølgende flyfasen. På denne måten har hver tidligere flyfase alltid effekter på hver påfølgende flyfase i henhold til tilbakemeldingsprinsippet.I tillegg kommer flere forskjellige optimaliseringsparametere i betraktning, i henhold til hvilke tilførselen av flere drivstoff kan optimaliseres:a) En optimaliseringsparameter kan identifiseres for å inkludere belastningstilstanden i optimaliseringen, som har innflytelse på ytelsesoptimalisert bruk av de ulike drivstoffene. Gjennom en varierende massereduksjon av flyet avhengig av bruken av drivstoffet kan vekten av drivstoffet og dermed belastningen per arealenhet av flyet kontrolleres i det minste innenfor visse grenser. Vekten har også spesielt en direkte innvirkning på den induserte motstanden. Videre eksisterer det optimale belastninger per arealenhet for ulike flytyper for spesifikke hastighetstilstander under cruise, i tilfelle hvor en svært drivstoffeffektiv flyging kan utføres. Gjennom bruk av en optimaliseringsparameter som er orientert mot lasttilstanden, kan flyet begynne cruisefasen i en slik optimal tilstand, komme spesielt nærme denne,b) En annen optimaliseringsparameter kan være å kontrollere flyets tyngdepunkt via optimal tilførsel av de ulike drivstoffene, i hvert fall innenfor grenser, som er muliggjort av ulike plasseringer av de ulike drivstofftankene og deres tømming til ulike tidspunkt. Det er dermed spesielt effektivt ved cruise for eksempel å fly med et tyngdepunktssted rettet lenger mot flyet bakover, mens det av sikkerhetsmessige årsaker skal velges et mer fremadrettet tyngdepunktssted ved start og landing.c) En ytterligere optimaliseringsparameter kan inkludere en værprediksjon og/eller informasjon om aktuelle værsituasjoner, siden vindavvik, temperaturavvik i høyden, andre meteorologiske forhold eller krav, som for eksempel omveier, kan føre til at planlagte ruter forlates. Gjennom optimalisering orientert mot dette, kan ytelsesoptimalisert bruk av de to brenselene likevel utføres gjennom den foreliggende oppfinnelse.d) Enda en ytterligere optimaliseringsparameter kan være å vurdere tilgjengeligheten av ulike drivstofftyper på for eksempel opprinnelses- og destinasjonsflyplasser. Som tidligere beskrevet er det sannsynlighet for at det i løpet av en overgangstid vil være forskjellige mengder av ulike drivstoff tilgjengelig på ulike steder. Således kan for eksempel et alternativt drivstoff som fraktes med på en flyging til en destinasjon holdes i reserve, siden dette alternative drivstoffet ennå ikke er tilgjengelig på destinasjonen og aktuelle hendelser, som nåværende vindsituasjon, forårsaker bruk av ny drivstofftype for å fremstå som mer fordelaktig på en returflyvning.e) I tillegg kan en ytterligere optimaliseringsparameter være at for eksempel et alternativt drivstoff ennå ikke er tillatt for spesifikke flygefaser i bestemte land og en tilstrekkelig mengde av det typiske drivstoffet må holdes klar for forutsigbare flygefaser.f) I tillegg kan det gis en optimaliseringsparameter for å minimere et drivstofforbruk for hele oppdraget.g) Videre kan en optimaliseringsparameter være orientert mot en maksimering av rekkevidden som kan implementeres ved bruk av kjøretøyet. Forholdet mellom drivstoffmassestrømmene kan for eksempel velges slik at i lengre driftsfaser, for eksempel under cruise med et fly, brukes drivstoffet som medbringes og som har høyere egenvekt først så mye som mulig. , for å forårsake energibesparelser på grunn av den raskere reduksjonen av kjøretøyets masse og dermed en økning av rekkeviddenh) Til slutt kan enda en optimaliseringsparameter være å oppnå minst mulig klimarelevante utslippseffekter over hele oppdraget. For dette formålet er det å merke seg at utslipp fra flykraftverk er sterkt avhengig av dagens flyhøyde i sin klimaskadelige effekt. Ved en slik optimaliseringsparameter skal bruken av ulike drivstofftyper tilpasses på en slik måte at drivstoffet eller en passende blanding av flere drivstoff, avhengig av høyden, lover minst mulig klimarelevante effekter for denne optimaliseringen. i enheten, en modell av en klimarelevant avhengighet av hver forurensning som oppstår ved at forbrenningen av de to drivstoffene kan defineres avhengig av høyden. Som et resultat av en slik optimalisering vil bruken av LH ₂kan være vesentlig gunstigere i utslippseffekten under start og ved lave flyhøyder enn for eksempel jetdrivstoff. Under cruising i store høyder, derimot, kan bruken av flydrivstoff være mer fordelaktig i denne forbindelse. Det kan derfor også være et blandingsforhold mellom begge drivstoffene.Optimaliseringsparametrene er ikke ment å være begrenset til den ovennevnte ikke-uttømmende listen. Snarere kan parameterne beskrevet fra a) til h) også kombineres med hverandre etter ønske, og andre optimaliseringsparametre (ikke oppført her) kan også inkorporeres.Når det gjelder vesentlig forskjellige drivstoff, for eksempel jetdrivstoff som den første drivstofftypen og flytende hydrogen LH ₂som den andre drivstofftypen er det massespesifikke energiforholdet omtrent 1:2,8. Dette betyr at dersom det brukes flytende hydrogen, må det kun brukes 0,36 g for å oppnå samme energieffekt som oppstår ved injeksjon av 1 kg flydrivstoff. En massereduksjon av flyet under flyging per tidsenhet eller over en bestemt tilbakelagt distanse gir også svært forskjellige resultater avhengig av bruken av drivstofftypene. Imidlertid har denne massereduksjonen i flyvningen en vidtrekkende innflytelse på flyytelsene til flyet, for eksempel på drivstofforbruket eller på den maksimalt oppnåelige rekkevidden. Det må imidlertid bemerkes på dette tidspunktet at det må gjøres betydelig større innsats for å frakte med flytende hydrogen enn hvis det brukes flydrivstoff,Gjennom dyktig kontroll av drivstofftilførselen kan man dermed oppnå en betydelig ytelsesfordel over hele oppdraget med utnyttelse av de ulike massespesifikke energiene til drivstoffet. Denne fordelen kan være enda større uavhengig av dette dersom en spesifikk komponent av drivstoffet ikke brukes under oppdraget, for eksempel hvis den er beregnet på et påfølgende oppdrag eller gitt som reserve. Dessuten kan den resulterende ytelsesfordelen som kan oppnås med tilpasset drivstoffstyring være mindre eller også større på grunn av aktuelle hendelser under flyturen, for eksempel på grunn av endret vind.En kontrollenhet i henhold til oppfinnelsen koordinerer følgelig fordelaktig bruk av de ulike drivstofftypene over hele oppdraget, tar hensyn til de ulike flygefasene, og kontrollerer deretter tilførselen av de ulike drivstoffene til forbrenningsmotoren eller -motorene i henhold til utført optimalisering eller etablerer deres energikomponent i hele brenselmassestrømmen i form av et blandingsforhold mellom begge drivstoffene.I henhold til et første aspekt ved oppfinnelsen er kontrollenheten i henhold til oppfinnelsen for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy som har minst én forbrenningsmotor med flere drivstoff utstyrt med minst én inngangsanordning for tilførsel av optimaliseringsparametere, drivstoffparametere, og driftsdata, minst én lagringsenhet for lagring av optimaliseringsparametrene, drivstoffparametrene og driftsdataene, og minst én dataenhet. Styreenheten i henhold til oppfinnelsen er videre tilpasset for å være koblet til minst ett tilførselsapparat for tilførsel av et første drivstoff til forbrenningsmotoren og til minst ett andre tilførselsapparat for tilførsel av et andre drivstoff til forbrenningsmotoren, som styrer en første massestrøm av tilført første drivstoff og en andre massestrøm av tilført andre drivstoff, og etablere, ved bruk av beregningsenheten, forholdet mellom første massestrøm og andre massestrøm for driftsfaser av kjøretøyet for å oppfylle optimaliseringsparametrene i betraktning av drivstoffparametrene, lagre det i lagringsenheten og implementere det under utførelsen av driftsfasene ved å kontrollere den første massestrømmen og den andre massestrømmen. Forbindelsen inkluderer muligheten for innvirkning av styringsenheten i henhold til oppfinnelsen på det første og det andre forsyningsapparatet, slik at styringsenheten i henhold til oppfinnelsen kan initiere eller avslutte driften av et forsyningsapparat, og etablere mengden av drivstoffet som tilføres en forbrenningsmotor. forholdet mellom første massestrøm og andre massestrøm for driftsfaser av kjøretøyet for å oppfylle optimaliseringsparametrene med tanke på drivstoffparametrene, lagre den i lagringsenheten og implementere den under utførelsen av driftsfasene ved å kontrollere den første massen strømning og den andre massestrømmen. Forbindelsen inkluderer muligheten for innvirkning av styringsenheten i henhold til oppfinnelsen på det første og det andre forsyningsapparatet, slik at styringsenheten i henhold til oppfinnelsen kan initiere eller avslutte driften av et forsyningsapparat, og etablere mengden av drivstoffet som tilføres en forbrenningsmotor. forholdet mellom første massestrøm og andre massestrøm for driftsfaser av kjøretøyet for å oppfylle optimaliseringsparametrene med tanke på drivstoffparametrene, lagre den i lagringsenheten og implementere den under utførelsen av driftsfasene ved å kontrollere den første massen strømning og den andre massestrømmen. Forbindelsen inkluderer muligheten for innvirkning av styringsenheten i henhold til oppfinnelsen på det første og det andre forsyningsapparatet, slik at styringsenheten i henhold til oppfinnelsen kan initiere eller avslutte driften av et forsyningsapparat, og etablere mengden av drivstoffet som tilføres en forbrenningsmotor. og implementere det under utførelsen av operasjonsfasene ved å kontrollere den første massestrømmen og den andre massestrømmen. Forbindelsen inkluderer muligheten for innvirkning av styringsenheten i henhold til oppfinnelsen på det første og det andre forsyningsapparatet, slik at styringsenheten i henhold til oppfinnelsen kan initiere eller avslutte driften av et forsyningsapparat, og etablere mengden av drivstoffet som tilføres en forbrenningsmotor. og implementere det under utførelsen av operasjonsfasene ved å kontrollere den første massestrømmen og den andre massestrømmen. Forbindelsen inkluderer muligheten for innvirkning av styringsenheten i henhold til oppfinnelsen på det første og det andre forsyningsapparatet, slik at styringsenheten i henhold til oppfinnelsen kan initiere eller avslutte driften av et forsyningsapparat, og etablere mengden av drivstoffet som tilføres en forbrenningsmotor.I en første prosedyre kan et forhold mellom første drivstoffmassestrøm og andre drivstoffmassestrøm settes, som tillater samtidig bruk av begge drivstofftyper i et blandingsforhold, for eksempel under en overgang mellom to driftsfaser eller under en holdeflyging for eksempel for å forlenge den mulige flytiden. I en annen prosedyre brukes utelukkende den ene drivstofftypen eller den andre drivstofftypen, avhengig av den respektive driftsfasen og optimaliseringsparametrene.En parallell bruk av to forskjellige drivstofftyper kan implementeres, for eksempel ved at det under bruk av forbrenningsmotorer er anordnet forbrenningskamre som er modifisert på en slik måte at flere drivstofftyper kan innføres deri gjennom uavhengige tilførselsåpninger, injeksjon systemer eller lignende. Forbrenningskamrene kan ha et passende injeksjonsområde for hver drivstofftype som skal brukes, for eksempel slik at forbrenningene av flere forskjellige drivstoff ikke forstyrrer hverandre.Videre er styreenheten ifølge oppfinnelsen tilpasset for å motta data om tilgjengelig masse av første brensel og andre drivstoff og informasjon om massespesifikk energi og/eller dens kaloriverdi via en datainndatamodul eller lignende. Styreenheten ifølge oppfinnelsen er laget i stand til å forsyne kraftverkene med en nødvendig brenselstrøm, noe som resulterer i tilstrekkelig tilførsel av skyveenergi fra forbrenningsmotoren. Styreenheten ifølge oppfinnelsen kan levere det første drivstoffet eller det andre drivstoffet alternativt eller parallelt med hverandre til forbrenningsmotoren.Styreenheten ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis videre tilpasset for å motta data om den planlagte driften via f.eks. datainndatamodulen, slik at en optimal tilførsel av brenselet innstilles avhengig av spesifiserte optimaliseringsparametere.I en fordelaktig utforming er styreenheten i henhold til oppfinnelsen tilpasset for å motta data fra en skyvestyreinngangsanordning. Gjennom styreenheten i henhold til oppfinnelsen kan forholdet mellom første massestrøm og andre massestrøm dannes slik at den leverte totale energimengden kommer fra forbrenningen av den første massestrømmen og den andre massestrømmen, idet den leverte totale energimengden er kan resultere avhengig av forespørsel fra en kraftverkskontrollenhet (i et fly fra produsenten AIRBUS, for eksempel gjennom en såkalt FADEC, som står for “Full Authority Digital Engine Control”).Behovet kan også dekkes av et fly som har minst én forbrenningsmotor, minst to drivstofftanker for å frakte med seg et første drivstoff og et andre drivstoff, en kontrollenhet i henhold til oppfinnelsen, og et første tilførselsapparat og en andre tilførsel apparater. Det første og det andre tilførselsapparatet kan implementeres som injeksjonsanordninger for for eksempel et forbrenningskammer i en forbrenningsmotor. Når det gjelder et fly, vil det å bruke ulike injeksjonsanordninger for de respektive drivstofftypene på en optimalisert måte i forbrenningskammeret til en eller flere gassturbiner og separering av injeksjonsområdene fra hverandre for å unngå interferens mellom to typer drivstoff foreslå seg selv.Kontrollenheten i henhold til oppfinnelsen er i denne konfigurasjonen ansvarlig for å maksimere en rekkevidde, følgelig vurdere tillatte og ikke-tillatte drivstoff for spesifikke flygefaser, og reagere på infrastrukturforhold ved forskjellige destinasjonsflyplasser. Det kan således tilveiebringes et fly som tillater ytelsesoptimalisert drift med hensyn til bruk av forskjellige drivstofftyper.I tillegg oppfyller en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy som har minst én forbrenningsmotor med flere drivstofftyper også det ovenfor nevnte behovet.De grunnleggende metodetrinnene er tilførselen av optimaliseringsparametere, drivstoffparametere og driftsdata som har data om operasjonsfaser av et oppdrag som skal utføres av kjøretøyet, og fastslår i hvert tilfelle en nødvendig første massestrøm for et første drivstoff og et nødvendig sekund. massestrøm av et andre drivstoff for en driftsfase, fastslå den respektive endelige massen til kjøretøyet etter endt driftsfase ved bruk av den første massestrømmen eller den andre massestrømmen, fastslå det respektive spesifikke drivstofforbruket c _TL ved bruk av det første drivstoffet eller det andre drivstoffet, sammenligne det spesifikke drivstoffforbruket, deretter velge et passende drivstoff med passende spesifikt drivstoffforbruk etter skalering, og tilføre det valgte drivstoffet til forbrenningsmotoren.Skaleringen av et spesifikt drivstofforbruk støtter den direkte sammenlignbarheten under utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Mulig skalering kan for eksempel utføres ved at et drivstofforbruk for et første eller andre drivstoff, som er spesifisert i masse per tidsenhet, multipliseres med dets tilhørende massespesifikke kaloriverdi, som er spesifisert i kJ/kg, for eksempel. De respektive spesifikke drivstoffforbruksverdiene er således frakoblet den respektive tettheten til drivstofftypene, som spesielt avviker fra hverandre i betydningen av oppfinnelsen. Snarere beveger den spesifikke energien seg i forgrunnen, som har en klart universell karakter. Som et resultat har det energispesifikke drivstofforbruket samme størrelse og kan sammenlignes direkte med hverandre i metoden.For å oppnå en direkte sammenlignbarhet i betydningen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan andre metoder også benyttes for skalering.I en fordelaktig videreutvikling av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det i tillegg utføres iterasjonstrinn for å fastslå et optimalt blandingsforhold Φ for å vurdere en blandet tilførsel av første og andre brennstoff, som i det vesentlige ligger i å fastslå en nødvendig første massestrøm og en andre massestrøm ved et første blandingsforhold Φ, fastslå en resulterende endelig masse av kjøretøyet, og beregne det spesifikke drivstofforbruket. Ved å endre blandingsforholdet Φ og utføre disse iterasjonstrinnene på nytt, kan et optimalt blandingsforhold fastslås for å optimalisere det spesifikke drivstofforbruket i henhold til de spesifiserte optimaliseringsparametrene.Det er åpenbart at ved iterativ utførelse av beregningstrinnene for alle driftsfaser av kjøretøyet, kan en overordnet vurdering av drivstofftyper som skal brukes, implementeres.Videre kan en displayenhet aktiveres for informasjonsformål og for å overvåke funksjonen.En vurdering av en elektrisk drift som kan brukes parallelt eller sekvensielt i selve optimaliseringen av bruken av to forskjellige drivstofftyper vil også være fordelaktig. En spesielt gunstig energi- og vektbalanse kan oppnås for etablerte oppdragsfaser.I tillegg vil det være spesielt fordelaktig å kunne koble styreenheten til drivstofftanksensorer gjennom tilsvarende signal- eller datainnganger, slik at fyllingsnivået til drivstofftanker alltid er kjent og innmatings- eller påfyllingsfeil kan dermed nesten forhindres. En tilpasning av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan utføres slik at kun drivstoffmengden som medbringes og drivstoffet som er tilgjengelig ved en destinasjon alltid tas med i optimeringsbetraktningen.Til slutt, et luftfartøy som har minst to drivstoffsystemer for minst to forskjellige drivstoff, minst én forbrenningsmotor og minst én kontrollenhet som har de ovennevnte tekniske egenskapene dekker det ovennevnte behovet.KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENEYtterligere trekk, fordeler og mulige anvendelser av den foreliggende oppfinnelse er et resultat av den følgende beskrivelsen av eksemplene på utførelsesformene og figurene. Alle trekk som er beskrevet og/eller vist i figurene utgjør emnet alene og i enhver ønsket kombinasjon, uavhengig av deres ordlyd i de enkelte krav eller hva de refererer tilbake til. Videre står identiske henvisningstall for identiske eller lignende objekter i figurene.FIG. 1 viser et skjematisk riss av en styreenhet ifølge oppfinnelsen.FIG. 2 viser et fly ifølge oppfinnelsen.fig. 3 en og 3 b viser et skjematisk blokkdiagram av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen.DETALJERT BESKRIVELSEFIG. 1viser skjematisk en styreenhet 2 ifølge oppfinnelsen, som er utstyrt med en inngangsanordning 4 og en beregningsenhet 6 . Inndatamidlene 4 er tilpasset for å innhente tallrike data og gi dem for videre behandling. Lagrede data kan lagres i en lagringsenhet 8 .Styreenheten 2 ifølge oppfinnelsen er koblet til et første tilførselsapparat 10 og et andre tilførselsapparat 12 , det første tilførselsapparatet 10 har en første drivstofftank 14 og en første injeksjonspumpe 16 og det andre tilførselsapparatet 12 har et andre drivstoff tank 18 og en andre injeksjonspumpe 20 .Styreenheten 2 er således i stand til, ved å aktivere det første tilførselsapparatet 10 og det andre tilførselsapparatet 12 , å lede en første massestrøm 12 og en andre massestrøm 24 til en forbrenningsmotor 26 . Bare et enkelt kraftverk er vist som forbrenningsmotor 26 her som et eksempel, men det er selvsagt åpenbart at flere kraftverk kan kobles til det første forsyningsapparatet 10 og det andre forsyningsapparatet 12 med en parallellkrets. for eksempel.Styreenheten 2 ifølge oppfinnelsen kan forsynes med operasjonsdata og optimaliseringsparametere så vel som drivstoffparametere, hvor operasjonsdataene har data om et oppdrag som skal utføres. Dersom kontrollenheten 2 i henhold til oppfinnelsen brukes i et fly, for eksempel, kan slike data omfatte tidssekvensen for start, stigningen, cruiset, nedstigningen, og landingen og eventuell holdeflyging, som takser på bakken , o.l. I tillegg til alle hastigheter og høyder som kreves for å håndtere de individuelle driftsfasene, kan opp- og nedstigningshastigheter også fastslås fra de lagrede dataene eller allerede er gitt.I henhold til kriteriene beskrevet i den innledende delen, kan passende optimaliseringsparametere styre optimaliseringen utført av dataenheten 6 på en slik måte at for eksempel en rekkeviddemaksimering, en drivstofforbruksminimering eller lignende kan implementeres av den tilsvarende kjøretøy.Styreenheten 2 ifølge oppfinnelsen er tilpasset for å etablere, fra driftsdata og optimaliseringsparametere og drivstoffparametere, i hvilket forhold et første drivstoff fra den første drivstofftanken 14 og et andre drivstoff fra den andre drivstofftanken 18 skal være. brukes for driftsfasene som skal utføres. De etablerte massestrømningsforholdene lagres i lagringsenheten 8 og kan hentes ut under hele operasjonen, for å styre injeksjonspumpene 16 og 20 tilsvarende under operasjonen.Styreenheten 2 i henhold til oppfinnelsen er ikke begrenset til å fastslå massestrømsforholdene som skal opptas før operasjonen utføres, men en ny optimalisering kan snarere utføres kontinuerlig eller med jevne mellomrom eller på forespørsel dersom uplanlagte hendelser oppstår under hele operasjonen.Spesielt fordelaktig er det for kjøretøyførerens informasjon å tilveiebringe en visningsenhet 28 som viser massestrømforholdene for driftsfasene som skal utføres i grafisk forberedt form for kjøretøyføreren, slik at det alltid eksisterer sikkerhet om riktig funksjon av kontrollenheten 2 i henhold til oppfinnelsen og den foreløpige planlagte sekvensen av bruken av brenselet over flygefasene er vist.Tilbakemelding fra en kjøretøyfører med styreenheten 2 ifølge oppfinnelsen kan spesielt fordelaktig også oppstå hvis det for eksempel forelå en systemfeil som kategorisk forhindret bruk av én drivstofftype. Dette kan utføres via tilbakemelding av styreenheten 2 i henhold til oppfinnelsen ved bruk av et tilsvarende signal, som kan føres inn i inngangsorganet 4 .Styreenheten 2 ifølge oppfinnelsen er vist som en enkelt komponent, men det er åpenbart for en fagmann på området at i stedet for en slik simpleks-konfigurasjon, kan det også implementeres en typisk dupleks- eller tripleks-konfigurasjon, som kan møte en redundans som kreves for kritiske kjøretøysystemer.FIG. 2viser et fly 30 , som helt som et eksempel har to første drivstofftanker 14 og to andre drivstofftanker 18 , som via injeksjonspumper 16 og 20 er forbundet med kraftverkene 26 . Videre er en eller flere styreenheter 2 ifølge oppfinnelsen koblet til injeksjonspumpene 16 og 20 for å spesifisere optimale massestrømforhold for kraftverkene 26 under flygingen.Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med minst én forbrenningsmotor med flere drivstofftyper er skjematisk vist i et blokkskjema i fig. 3 a og 3 b.Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan for eksempel begynne med inndata eller tilførsel 32 av parametere som er nødvendige for optimaliseringen. Disse parameterne kan grunnleggende inkludere:

• Informasjon om omveier som skal utføres, som er etablert av en flykontroll, for eksempel (“Air Traffic Control”, ATC);
• informasjon om den nåværende vindsituasjonen langs den planlagte ruten, som grunnleggende kan oppdateres under flyturen;
• informasjon om den massespesifikke og/eller volumspesifikke energien til en første drivstofftype;
• massespesifikk energi av en andre drivstofftype (tilsvarende);
• veipunkter i det tredimensjonale rommet til oppdraget, for eksempel som kan hentes fra en flyelektronikkenhet;
• informasjon om gjeldende skyvekraft, typisk eller gjennomsnittlig skyvekraft for hver flygefase eller gjeldende flygefase;
• initial masse, avhengig av belastningstilstanden;
• tilgjengelig masse, tilgjengelig volum eller tilgjengelig energi av den første drivstofftypen;
• tilgjengeligheten av drivstoffet på opprinnelses- og destinasjonsflyplassene;
• forskrifter som begrenser bruken av spesifikke drivstofftyper for spesifikke flygefaser.

Dersom fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen benyttes i fly, kan i tillegg til henvendelsen før flyvningen eller vanlig kommunikasjon fra en bakkekontrollstasjon, aktuelle vinddata konstateres/oppdateres/støttes spesielt også under flyvningen ved intern flymåling og beregningsapparater.Følgende metodetrinn utføres for hver essensielle flyfase. Optimaliseringen av drivstofftypene for en enkelt flygefase er beskrevet mer detaljert i det følgende som et eksempel.Etter tilførsel 32 av parametrene som kreves for optimaliseringen, kan de lagres i en lagringsenhet 34 , slik at en nødvendig massestrøm eller energistrøm for en første drivstofftype i den aktuelle flygefasen da fastslås 36 i styreenheten 2 ved å bruke dataenheten 6 i et første trinn. Den forbrukte massen av den første drivstofftypen og, derfra, den endelige massen til flyet etter endt flygefase, kan beregnes ut fra dette 38 . Deretter blir det spesifikke drivstofforbruket c _TL konstatert 40 , som utføres ved å bruke følgende formel, for eksempel:c TL = m T · g F · t ;
t er en beregnet varighet av flyfasen, F er skyvekraften, og m _T er massen til det forbrukte drivstoffet. Indeksen “TL” identifiserer assosiasjonen med turbo-luftjetkraftverk her.For å etablere disse variablene er også den horisontale forlengelsen («avstand over bakken») av kjøretøyet i flyfasen av spesiell betydning.Deretter kan den nødvendige massestrømmen eller energistrømmen for den andre drivstofftypen også fastslås på samme måte 42 . Den endelige massen til flyet som er et resultat av dette kan også beregnes for denne drivstofftypen 44 , og det spesifikke drivstofforbruket c _{TL som} følger av dette kan beregnes 46 .Disse fremgangsmåtetrinnene kan i bunn og grunn utføres for et vilkårlig antall mulige drivstofftyper, idet den eksemplifiserte beskrivelsen som er gitt her er begrenset til en første og en andre drivstofftype.Ved å bruke et forhåndsbestemt blandingsforhold Φ for den første drivstofftypen og den andre drivstofftypen, blir nødvendige delmassestrømmer eller delenergistrømmer fastslått for den første drivstofftypen 48 og fastslått for den andre drivstofftypen 50 . Den endelige massen til flyet som er et resultat av dette, beregnes 52 . Det spesifikke drivstofforbruket c _TL er også beregnet ut fra dette 54 . I betraktning av tilgjengeligheten og reguleringen/skaleringen av c _TL , er blandingsforholdet optimalisert fra følgende Breguet-områdeformel, dvs. en verdi Φ _opt søkes:R = v c TL , opt · c EN c W ⁢ ln ⁢ m EN m E .I optimaliseringsprosessen for de enkelte flygefasene er verdien for optimalt spesifikt drivstofforbruk c _{TL, opt} lavest mulig spesifikt drivstofforbruk (c _{TL, opt} er altså c _{TL min} som et eksempel her) ved valg av totaloptimalisering mål “lavt drivstofforbruk”. Et alternativ vil være maksimering av rekkevidden (R i formelen ovenfor) eller minimal skade på miljøet i dette tilfellet.I sistnevnte tilfelle, ved optimalisering for de minste utslippsrelaterte klimaeffektene, kan for eksempel hvilke utslipp som oppstår ved bruk av et bestemt drivstoff lagres i lagerenheten 8 . I tillegg kan det også lagres hvilken klimaskadelig effekt et bestemt utslipp kan ha som funksjon av høyden. En “global oppvarmingsparameter” foreslår seg selv som en “kvantifiseringsparameter” for den klimaskadelige effekten. I metoden kan høydebåndet for hver flygefase og dens varighet beregnes. Den klimaskadelige effekten av en flyfase for en drivstofftype eller en annen drivstofftype eller et blandingsforhold kan dermed estimeres. Drivstoffet som har minst effekt for flyfasen velges.Til slutt kan det spesifikke drivstofforbruket c _TL fra bruken av den første drivstofftypen, den andre drivstofftypen og en blanding av begge drivstofftypene sammenlignes med hverandre 56 etter passende skalering, for eksempel ved multiplikasjon av de forskjellige c _TL verdier etter den respektive massespesifikke kaloriverdien. Driften av kraftverket settes tilsvarende 58 fra valg av et optimalt spesifikt drivstofforbruk c _TL og dermed en drivstofftype. For dette formål kan f.eks. drivstoffventiler og/eller drivstoffpumper 16 og 20 stilles inn 60 . En utgangsmodul til en displayenhet kan aktiveres samtidig 62 .I optimaliseringsprosessen for det overordnede oppdraget kan følgende prosedyre velges. For hver flygefase, et spesifikt drivstofforbruk c _TL for en første drivstofftype, for en andre drivstofftype, og, spesielt i den avanserte driftsmodusen, også for flere blandingsforhold Φ for den første drivstofftypen og den andre drivstofftypen, kan beregnes 64 i form av varianter. Tilgjengeligheten og mulige regler for bruk av disse drivstofftypene vurderes også i hvert enkelt tilfelle.Deretter blir de forskjellige variantene av den aktuelle flyfasen i sin tur satt opp etter hverandre i varierende sammensetning for å danne det overordnede oppdraget og dermed også danne flere varianter av det overordnede oppdraget. Disse variantene kan sammenlignes med hverandre 66 og bedømmes med hensyn til det overordnede optimaliseringsmålet (for eksempel “minimum drivstofforbruk”), hvoretter varianten som har det optimale spesifikke totalforbruket (eller en annen optimaliseringsparameter) velges. Drivstoffbruken eller blandingsforholdet i de enkelte flygefasene fastsettes også med dette.For dette formål kan de individuelle flygefasene være forbundet med hverandre på en slik måte at den endelige massen av den foregående flygefasen danner startmassen til den påfølgende flyseksjonen, på samme måte også starthøyden og flyhastigheten. Resultatene av Breguet-rekkeviddeformelen for hver flyfase kan deretter legges sammen for å fastslå den totale mulige rekkevidden.Bruken av et valgt drivstoff eller en drivstoffblanding utføres via en utgangs- og kontrollmodul i flyfasene til injeksjonsventiler, drivstoffpumper og lignende for å aktivere de to drivstoffsystemene, som er uavhengige av hverandre, slik at ønsket drivstoffbruk eller ønsket blandingsforhold resultater for flyfasen.Den ovenfor nevnte Breguet-rekkeviddeformelen betraktes her som et eksempel på en eksemplarisk algoritme, mer avanserte beregningsalgoritmer kan tenkes. I propellfly brukes typisk ytelsen forårsaket av propellen i stedet for skyvekraften. Breguet-formelen kan endres til følgende form:R = η EN c pA · c EN c W ⁢ ln ⁢ m EN m E ,
hvor c _pA kan representere det spesifikke drivstofforbruket for propellfly, i motsetning til c _TL for turboluftjetkraftverk. η _A er en driveffektivitet for propellfly.Sammenliknbarheten av det spesifikke drivstofforbruket i beregningsmetoden forutsetter generelt en tilsvarende skalering av c _TL . For dette formål kan for eksempel c _TL skaleres ved å bruke forholdet mellom de massespesifikke kaloriverdiene til drivstoffene. Parameteren c _TL inkluderer vekten av drivstoffet, som varierer avhengig av drivstofftypen som brukes. Skaleringen sikrer at c _TL forholder seg til energien som brukes i flyfasen. Dette resulterer i en universell definisjon og tillater direkte sammenlignbarhet av de skalerte drivstofforbruksverdiene.I tillegg skal det bemerkes at “omfatter” ikke ekskluderer andre elementer eller trinn og “a” eller “en” utelukker ikke multipler. Videre skal det bemerkes at trekk som ble beskrevet med referanse til en av eksemplene ovenfor også kan brukes i kombinasjon med andre trekk ved andre ovenfor beskrevne eksempler på utførelsesformer. Henvisningstall i kravene er ikke å betrakte som en begrensning.LISTE OVER REFERANSENUMMER

• 2 kontrollenhet
• 4 inngangsmidler
• 6 dataenhet
• 8 oppbevaringsenhet
• 10 første tilførselsapparat
• 12 sekunders forsyningsapparat
• 14 første tank
• 16 injeksjonspumpe
• 18 sekunders tank
• 20 injeksjonspumpe
• 22 første massestrøm
• 24 sekunders massestrøm
• 26 forbrenningsmotor (alternativt kraftverk)
• 28 displayenhet
• 30 fly
• 32 tilførsel av optimaliseringsparametere
• 34 sparing i lagringsenhet
• 36 for å fastslå nødvendig første massestrøm
• 38 beregner endelig masse
• 40 for å fastslå spesifikt drivstofforbruk
• 42 for å fastslå andre massestrøm
• 44 beregner endelig masse
• 46 beregne spesifikt drivstofforbruk
• 48 for å fastslå delvis massestrøm
• 50 for å fastslå delvis massestrøm
• 52 beregner endelig masse
• 54 beregne spesifikt drivstofforbruk
• 56 skalere og sammenligne spesifikt drivstofforbruk
• 58 innstilling drift av kraftverk
• 60 innstilling av drivstoffventiler og/eller drivstoffpumper
• 62 aktiverende displayenhet
• 64 blandingsforhold beregning

Krav (14)Skjul avhengig 

Oppfinnelsen som kreves er:1. En kontrollenhet for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy som har minst én forbrenningsmotor med flere drivstoff, omfattende:minst én inngangsanordning for å tilføre optimaliseringsparametere, drivstoffparametere og driftsdata som har data om operasjonsfaser av et oppdrag som skal utføres av kjøretøyet;minst én lagringsenhet for lagring av optimaliseringsparametrene, drivstoffparametrene og driftsdataene; ogminst én dataenhet;hvori den minst ene kontrollenheten er tilpasset:for å være koblet til minst ett første tilførselsapparat for å tilføre et første drivstoff til den minst ene forbrenningsmotoren og til minst ett andre tilførselsapparat for å tilføre et andre drivstoff til den minst ene forbrenningsmotoren;for å kontrollere en første massestrøm av det tilførte første drivstoffet og en andre massestrøm av det tilførte andre drivstoffet; ogfor å bruke den minst ene beregningsenheten, etablere et forhold mellom første massestrøm og andre massestrøm for en eller flere driftsfaser av kjøretøyet for å oppfylle optimaliseringsparametrene i betraktning av drivstoffparametrene, lagre optimaliseringsparametrene i lagringsenheten, og å implementere optimaliseringsparametrene under utførelsen av operasjonsfasene ved å kontrollere den første massestrømmen og den andre massestrømmen.2. Kontrollenheten til krav 1, hvori optimaliseringsparametrene er satt for å maksimere en rekkevidde av et oppdrag som skal dekkes av kjøretøyet.3. Kontrollenheten til krav 1, der optimaliseringsparametrene er satt for å minimere drivstofforbruket.4. Kontrollenheten til krav 1, der optimaliseringsparametrene er satt for å minimere klimaskadelige effekter av utslipp.5. Kontrollenheten til krav 1, som er tilpasset for å vise konstaterte forhold mellom første massestrøm og andre massestrøm for minst én driftsfase av kjøretøyet via en displayenhet koblet til kontrollenheten.6. Et luftfartøy som omfatter:minst ett kraftverk;minst én første drivstofftank for å bære med seg et første drivstoff;minst én andre drivstofftank for å bære med seg et andre drivstoff;et første tilførselsapparat;et andre tilførselsapparat; ogen kontrollenhet for å kontrollere en tilførsel av det minst ene kraftverket med et første drivstoff og et andre drivstoff iht krav 1.7. Fremgangsmåte for å regulere tilførselen av minst én forbrenningsmotor i et kjøretøy med flere drivstoff, omfattende:å tilveiebringe optimaliseringsparametere, drivstoffparametere og driftsdata med data om operasjonsfaser av et oppdrag som skal utføres av kjøretøyet;å fastslå i hvert tilfelle en nødvendig første massestrøm for et første drivstoff og en nødvendig andre massestrøm av et andre drivstoff for en driftsfase;å fastslå i hvert tilfelle kjøretøyets endelige masse etter endt driftsfase ved bruk av den første massestrømmen eller den andre massestrømmen;å fastslå i hvert tilfelle et spesifikt drivstoffforbruk ved bruk av det første drivstoffet eller det andre drivstoffet;skalering og sammenligning av det spesifikke drivstofforbruket;å velge et passende drivstoff med passende forhåndsbestemt drivstoffforbruk; ogtilførsel av valgt drivstoff til forbrenningsmotoren.8. Metoden til krav 7, videre omfattende:(a) å fastslå en nødvendig første massestrøm og en andre massestrøm ved et første blandingsforhold;(b) å fastslå en resulterende endelig masse av kjøretøyet;(c) å beregne det spesifikke drivstofforbruket; og(d) å endre det første blandingsforholdet og utføre trinn (a)-(d) igjen for å optimalisere det spesifikke drivstofforbruket i henhold til optimaliseringsparametrene.9. Metoden til påstand 8, videre omfattende:iterativt å utføre beregningstrinnet for et flertall driftsfaser av kjøretøyet.10. Metoden iht krav 7, videre omfattende:aktivere en displayenhet.11. Metoden iht krav 7, hvori metoden utføres igjen én eller flere ganger etter at oppdraget er startet.12. Metoden iht krav 7, hvori trinnet med å fastslå den nødvendige første massestrømmen og den nødvendige andre massestrømmen utføres i betraktning av en maksimering av et område av oppdraget som skal dekkes av kjøretøyet.13. Metoden iht krav 7, hvori trinnet med å fastslå den nødvendige første massestrømmen og den nødvendige andre massestrømmen utføres i betraktning av en minimering av drivstofforbruket.14. Metoden iht krav 7, hvori trinnet med å fastslå den nødvendige første massestrømmen og den nødvendige andre massestrømmen utføres i betraktning av en minimering av klimaskadelige effekter av utslipp.

Patentsiteringer (9)

PublikasjonsnummerPrioriteringsdatoPubliseringsdatoOppdragstakerTittelUS5469830A *1995-02-241995-11-28Cessna Aircraft CompanyDrivstoffblandingssystem metode og apparatUS6507782B1 *2001-05-142003-01-14Honeywell International Inc.Flykontrollsystem for å nå et veipunkt på et nødvendig ankomsttidspunktUS20070175459A1 *2006-02-022007-08-02Williams Rodger KDrivstoffkontrollsystem og tilhørende metodeUS7272491B1 *2003-07-072007-09-18Airbus FrankrikeMetode og anordning for å generere en flyveplan for en taktisk flyging av et flyFamilie til familie sitaterUS4325123A *1978-07-281982-04-13Boeing CompanyØkonomisk ytelsesdata avionikksystemUS4459671A *1981-10-301984-07-10Teass Garnette SDrivstoffstyringskontrollsystemUS5023797A *1989-05-191991-06-11United Technologies CorporationRekkeviddemaksimerende, stabil, drivstoffbesparelse på helikoptercruiseDE602004020869D1 *2004-05-142009-06-10Reimers ToreDefinisjon og “tankering” av en optimal tilleggsmengde drivstoffDE102006056355A1 *2006-11-292008-06-05Airbus Deutschland GmbhDrivenhet for fly, har energiomformer, f.eks. gassturbin, for å gi driftskraft til drivenheten med to forskjellige drivstoff som parafin og hydrogen, og drivenhet som genererer matehastighet ved driftskraft* Sitert av sensor, † Sitert av tredjepart

Sitert av (15)

PublikasjonsnummerPrioriteringsdatoPubliseringsdatoOppdragstakerTittelUS20130186059A1 *2010-09-302013-07-25General Electric CompanyDual fuel flysystem og metode for drift av sammeUS20130192246A1 *2010-09-302013-08-01General Electric CompanyDual fuel flymotorkontrollsystem og metode for drift av sammeUS20140096827A1 *2012-10-052014-04-10General Electric CompanyGassturbinmotor med flere drivstofftilførselssystemUS20140318134A1 *2013-04-242014-10-30General Electric CompanyReservedrivstofftilførsel for en gassturbinUS20150266589A1 *2014-03-242015-09-24Honeywell International Inc.Flysystemer og metoder med grønne drivstofftankerUS20150322891A1 *2012-06-202015-11-12Daniel POMERLEAUKryogene drivstoffforbrenningsmotorerUS20160025339A1 *2013-03-152016-01-28General Electric CompanyEnergieffektiv og kontrollert fordamping av kryodrivstoff for flymotorerFamilie til familie sitaterDE102012015454A1 *2012-08-032014-05-28Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KgMetode for å kontrollere drivstofftemperaturen til en gassturbinUS10800525B22013-05-202020-10-13Boeing CompanyEffektivt lavkarbonutslippsfly som integrerer jetdrivstoff og kryogene drivstoffsystemerFR3009024B1 *2013-07-242017-05-26Eurocopter FrankrikeMOTORINSTALLASJON SOM BRUKER TO DRIVSTOFFER INKLUDERT ET DRIVSTOFF MED HØY TEMPERATUR PÅ FIGURENUS9493246B22013-09-122016-11-15Boeing CompanyKryogene drivstofftanker for bruk i flykonstruksjonerGB201319997D0 *2013-11-132013-12-25Rolls Royce PlcMotorens drivstofftilførselssystemUS9354621B22014-06-162016-05-31General Electric CompanySystemer og metoder for kontroll av en adaptiv syklusmotor med effekt-termisk styringssystemDE102016204759A1 *2016-03-222017-09-28Bayerische Motoren Werke AktiengesellschaftMetode, enhet og mobil brukerenhet for å tilpasse en drivstofftilførsel til minst ett kjøretøyUS11015536B2 *2019-09-132021-05-25Bj Energy Solutions, LlcMetoder og systemer for tilførsel av drivstoff til gassturbinmotorer* Sitert av eksaminator, † Sitert av tredjepart, ‡ Familie til familie sitering

Lignende dokumenter

UtgivelsePubliseringsdatoTittelUS8430360B22013-04-30Kontrollenhet og metode for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoffUS11104444B22021-08-31System og metoder for implementering av regionalt lufttransportnettverk ved bruk av hybridelektriske flyUS9376208B12016-06-28Redundant kraftsystem om bord for ubemannede luftfartøyerEpstein et al.2019Hensyn for å redusere luftfartens co 2 med fly elektrisk fremdriftCN102868212B2018-06-08Strømforsyningssystemet til elektronisk flyveskeUS8596579B22013-12-03Prosedyre og innretning for å optimalisere mengden drivstoff som overføres på et fly under minst én drivstoffoverføring under flygingCN105173096A2015-12-23Visual Fuel Predictor SystemEP2873836B12018-08-29Motorens drivstofftilførselssystemVerstraete2009Potensialet til flytende hydrogen for fremdrift av langdistanse flyEP2677139B12019-08-21DrivstoffleveringssystemFinger et al.2019Effekten av motorfeilbegrensninger på den opprinnelige dimensjoneringen av hybridelektriske GA-flyGuynn et al.2004Evaluering av et hydrogenbrenselcelledrevet flykonsept med blandet vingekropp for redusert støy og utslippBagassi et al.2012Designanalyse for hybrid fremdriftEP2923948A12015-09-30Flysystemer og metoder med grønne drivstofftankerRondinelli et al.2017Fordeler og utfordringer med flytende hydrogendrivstoff i kommersiell luftfartEP2860375B12017-04-05Drivstoffsystem for flymotorerTunca et al.2017Termodynamisk analyse av gassturbin-solid oxide brenselcelle (GT-SOFC) flyhjelpekraftenhet (APU)Isikveren et al.2018Forhåndsdesign av en pendlertransport som bruker Voltaic-Joule/Brayton drivkraftsystemerManiaci2008Relativ ytelse av en flytende hydrogendrevet kommersiell transportRondinelli et al.2014Utfordringer og fordeler som tilbys av flytende hydrogendrivstoff i kommersiell luftfartLe Dilosquer1998Påvirkning av subsonisk flymotordesign og flyruter på atmosfærisk forurensningWortmann et al.2015Effekt av vingebelastning og drivstofftype på optimal cruisehøyde for sivile flyVos et al.2017Den optimale cruisehøyden for LNG-drevne turbofanflySilberhorn et al.2020Luftfartøyet som et komplekst system av lufttransportenergisystemerWestenberger2016Hydrogen og brenselceller: Mobilapplikasjon i luftfart

Prioritet og relaterte applikasjoner

Prioriterte søknader (5)

applikasjonPrioriteringsdatoInnleveringsdatoTittelUS25828109P2009-11-052009-11-05Provisorisk søknad i USADE1020090520472009-11-05DE102009052047.32009-11-05DE102009052047.3A2009-11-052009-11-05Styreenhet og metode for regulering av tilførselen til et multifuel kjøretøyUS12/940,0912009-11-052010-11-05Kontrollenhet og metode for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoff

Apper som krever prioritet (1)

applikasjonInnleveringsdatoTittelUS12/940,0912010-11-05Kontrollenhet og metode for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoff

Juridiske hendelser

DatoKodeTittelBeskrivelse2010-11-30SOMOppdrag

Navn på eier : Airbus DRIFT GMBH, TYSKLAND

Tekst i fritt format : OPPDRAG AV OVERDRAGENDE INTERESSER;OVERDRAGENDE:SCHWARZE, MALTE;WESTENBERGER, ANDREAS;SIGNINGSDATOER FRA 20101109 TIL 20101112;REEL/RAMME:025318/06132013-04-10STCFInformasjon om status: patentbevilgning

Tekst i fritt format : PATENTERT CASE2016-10-18FPAYAvgiftsbetaling

År for betaling av gebyr : 42020-12-21FEPPBetalingsprosedyre for gebyr

Tekst i fritt format : PÅMINNELSE AV VEDLIKEHOLDSGEBYR POST (ORIGINAL HENDELSESKODE: REM.); ENHETSSTATUS TIL PATENTEIER: STOR ENHET2021-06-07LAPSBortfall ved manglende betaling av vedlikeholdsgebyr

Tekst i fritt format : PATENT UTLØPT FOR MANGLENDE BETALING AV VEDLIKEHOLDSGEBYRER (ORIGINAL HENDELSESKODE: EXP.); ENHETSSTATUS TIL PATENTEIER: STOR ENHET2021-06-07STCHInformasjon om status: patentavvikling

Tekst i fritt format : PATENT UTLØPT PÅ GRUNN AV MANGLENDE BETALING AV VEDLIKEHOLDSGBYRER UNDER 37 CFR 1.3622021-06-29FPUtløpt på grunn av manglende betaling av vedlikeholdsgebyr

Ikrafttredelsesdato : 20210430

Begreper

maskinekstrahert nedlastingFiltertabell NavnBildeSeksjonerTelleSøketreff brenseltittel, påstander, abstrakt, beskrivelse2390,000 kontrollerende effekttittel, påstander, abstrakt, beskrivelse150,000 optimaliseringpåstander, abstrakt, beskrivelse580,000 forbrenningsreaksjonpåstander, abstrakt, beskrivelse340,000 bensintankpåstander, beskrivelse140,000 effekterpåstander, beskrivelse1. 30,000 beregningsmetodepåstander, beskrivelse60,000 aktivererpåstander, beskrivelse30,000 regulatoriskepåstander10,000Vis alle konsepter fra beskrivelsesdelen

USA-patent US8849541B2 • Oppfinner: Peter Swann • Oppdragsgiver: ROLLS-ROYCE PLC

En fremgangsmåte inkluderer i) å identifisere en driftsperiode som tilsvarer et drivstofftilførselsbehov; ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av perioden; iii) å bestemme en varighet av tid der det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk; iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå karakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen inkluderer minst én av den første og andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii); og vi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tiden bestemt i trinn iii). [15]

Drivstoffleveringssystem

Abstrakt

En fremgangsmåte inkluderer i) å identifisere en driftsperiode som tilsvarer et drivstofftilførselsbehov; ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av perioden; iii) å bestemme en varighet av tid der det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk; iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå karakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen inkluderer minst én av den første og andre drivstoffsammensetningen; v) å bestemme forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii);

Bilder ( 3 )

Klassifikasjoner

G05D7/0617 Kontroll av strømning karakterisert ved bruk av elektriske midler spesielt tilpasset for flytende materialerSe 11 flere klassifiseringer

US8849541B2

forente stater Last ned PDF Finn kjent teknikk LignendeOppfinnerPeter SWANNNåværende mottaker Rolls Royce PLC

---

Verdensomspennende applikasjoner2012  GB 2013  OSS EP

---

Søknad US13/896 793 hendelser 2012-06-22Prioritet til GB1211061.52012-06-22Prioritet til GB201211061A2013-05-17Søknad innlevert av Rolls Royce PLC2013-05-17Tildelt til ROLLS-ROYCE PLC2013-12-26Publikasjon av US20130340834A12014-09-30Søknad innvilget2014-09-30Publikasjon av US8849541B2StatusAktiv2033-05-17Forventet utløp

---

InfoPatentsiteringer (23)Ikke-patentsiteringer (5)Sitert av (4)Juridiske hendelserLignende dokumenterPrioriterte og relaterte applikasjonerEksterne linkerUSPTOUSPTO PatentCenterUSPTO-oppdragEspacenetGlobalt dossierDiskutere

Beskrivelse

Den foreliggende beskrivelsen vedrører et drivstoffleveringssystem.Dampspor er kunstige skyer som er synlige spor av kondensert vanndamp som tømmes ut av kjøretøyets motorer. De kan dannes som varm, fuktig avgass blandes med omgivelsesluft, og oppstår fra utfelling av mikroskopiske vanndråper eller, hvis luften er kald nok, små iskrystaller. Begrepet «dampspor» er ment å referere både til kondensspor (dvs. kontaminasjonsspor) fra fly og til vann- og/eller isnedbør i eller som kan tilskrives eksospløkene fra motorer til andre maskiner og kjøretøy, som for eksempel skip.Dampsporene til skip er uønsket for noen bruksområder. For eksempel er et militærskip som produserer et dampspor fra eksostraktene godt synlig fra luften og dermed mye lettere å målrette seg mot.Det er kjent at, avhengig av tidsskalaen som vurderes, er klimaoppvarmingseffekten av flyeksosdampspor og resulterende dampsporcirrus av en størrelsesorden som ligner på eller kanskje enda større enn CO _{2 som} slippes ut av fly, og representerer derfor et betydelig element av luftfartens totale klimapåvirkning.Det er også kjent at klimaoppvarmingseffekten av en dampsti av en gitt horisontal utstrekning, i det minste delvis, bestemmes av dens optiske dybde. Nylig vitenskapelig arbeid har fastslått at passende reduksjoner i antall sotpartikler som slippes ut per masseenhet drivstoff brent av et flys motor kan redusere den opprinnelige optiske dybden til eksosdampsporene. Heretter i denne søknaden betegnes antallet sotpartikler som slippes ut per masseenhet forbrent drivstoff som “sotutslippsindeksen”.US2010/0122519 beskriver bruken av flydrivstoff med ultralavt svovelinnhold som et alternativ til konvensjonelt drivstoff for å redusere generering av svovelbiprodukter og dermed redusere dannelsen av spalter. Dette dokumentet understreker behovet for å beholde renheten til flydrivstoffet med ultralavt svovelinnhold, og derav kravet om å administrere forsyningskjeden som leverer drivstoffet, og unngå blanding med annet drivstoff.Et flydampspor, når det først er dannet, vil vedvare i omgivelsesluften som er overmettet med hensyn til is. Selv om fly i gjennomsnitt flyr rundt 15 % av flytiden i områder med is-overmettet (ISS) luft, er dette ikke nødvendigvis tilfellet på en flyreise-basis. For eksempel, og med henvisning tilFIG. 1, som viser et plott av avstanden tilbakelagt av flyet (horisontal posisjon) og høyde oppnådd på flyvningen, i scenario A vil ikke flyet møte ISS-luft på noe tidspunkt, i scenario B møter flyet ISS-luft for en stor del av sin rute, og i scenario C møter flyet kun kort ISS luft.Derfor er et system/prosess/metode/enhet som støtter et mål om å redusere den optiske dybden til dampspor, og derfor potensielt redusere deres klimaoppvarmingseffekt, samtidig som man optimerer bruken av tilgjengelig drivstoff, svært ønskelig.SAMMENDRAGFølgelig er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bestemme et forhold for og eventuelt tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen , metoden som omfatter trinnene:

• i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;
• ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;
• iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;
• iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;
• v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for å produsere tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tiden bestemt i trinn iii); og
• vi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).

Den forhåndsbestemte dampspor-karakteristikken for trinn iv) kan for eksempel være en spesiell optisk dybde for dampspor eller minimering av dampsporet.Følgelig er det også tilveiebrakt et drivstofftilførselssystem for å produsere et forhold for og eventuelt tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning til en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra det andre drivstoffet sammensetning, drivstoffleveringssystemet omfatter:

• en kalkulator konfigurert til å:
• a) motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;
• b) motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden; og
• c) bestemme en varighet i hvilken det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;
• d) bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;
• e) bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for å produsere tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten bestemt i trinn c); og
• f) produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for tidsperioden bestemt i trinn c).

Systemet i denne avsløringen vil muliggjøre en nøyaktig beregning og levering av drivstoff til kjøretøy (fly, marine osv.) som kreves for å påvirke dampsporegenskaper, samtidig som det sikrer den mest effektive bruken av drivstoff for hele flåten, slik som biodrivstoff, som kan være dyrt. eller mangelvare.I noen utførelsesformer er drivstoffleveringssystemet konfigurert til å trekke ut/motta dataverdier fra minst én av en algoritme, oppslagstabell eller database som omfatter detaljer om dampsporets optiske dybde og dens avhengighet av sotutslippsindeksen ved spesifiserte omgivelsesforhold inkludert én eller flere av omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og omgivelses relative fuktighet i forhold til vann.I noen utførelsesformer omfatter drivstofftilførselssystemet en sotbehovsgenerator konfigurert til å beregne ønsket sotutslippsindeks og produsere et signal som indikerer ønsket sotutslippsindeks for bruk i beregningen av resulterende drivstoffsammensetning.I noen utførelsesformer er sotbehovsgeneratoren konfigurert til å motta verdier for én eller flere av målte, prognoser og/eller utledede verdier for omgivelseslufttilstanden inkludert omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og/eller omgivelsesfuktighet som brukes i bestemmelsen av ønsket sot utslippsindeks.I noen utførelsesformer er kalkulatoren konfigurert til å motta verdier av egenskapene til en eller flere av første og andre drivstoffsammensetning, forbrenningsegenskaper til motoren og motordriftspunkt ved omgivelseslufttilstanden som brukes til å bestemme forholdet på minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som vil oppnå ønsket sotutslippsindeks.I noen utførelsesformer er kalkulatoren konfigurert til å bestemme det totale forholdet mellom den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for driftsperioden for maskinen i avhengighet av forholdet mellom den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen for hver omgivelseslufttilstand.I noen utførelsesformer er drivstofftilførselssystemet konfigurert til å produsere et andre signal som indikerer det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves.I noen utførelsesformer omfatter drivstofftilførselssystemet en anordning for å instruere og/eller levere det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning til en første drivstofflagringstank og en andre drivstoffsammensetning til en andre drivstofflagertank for maskinen henholdsvis som svar på det andre signalet hvor den første tanken og den andre tanken er fluidisolert fra hverandre.KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENEEksempler på den foreliggende beskrivelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegningene, hvor:FIG. 1illustrerer flere scenarier for kjøretøyreiser; ogFIG. 2 er en skjematisk representasjon av et drivstofftilførselssystem i henhold til foreliggende beskrivelse.DETALJERT BESKRIVELSEFIG. 2viser en skjematisk representasjon av et drivstofftilførselssystem 10 i henhold til foreliggende beskrivelse. Drivstofftilførselssystemet 10 er konfigurert til å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning til en maskin for å oppnå et drivstofftilførselsbehov. Drivstoffleveringssystemet 10 omfatter en kalkulator 12som, som beskrevet nedenfor, kan brukes til å beregne forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for driften av maskinen. Maskinen kan være et kjøretøy som har en motor, for eksempel et fly, marine eller landbasert kjøretøy. Alternativt kan maskinen være en motor for et kjøretøy eller et statisk bakkebasert anlegg, slik som et elektrisitetsgenereringsanlegg eller annen statisk motor. Drivstofftilførselssystemet kan være en integrert del av maskinen, eller være vesentlig atskilt fra den.Selv om det ikke er gjenstand for den foreliggende beskrivelse, er maskinen konfigurert til å selektivt blande en første og andre drivstoffsammensetning sammen under drift for levering til dens forbrenningssystem for drift av maskinen. Midlene for å oppnå dette er gjenstand for en samtidig verserende patentsøknad. Det er nok å si at maskinen regulerer andelen av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som blandes sammen til enhver tid for å produsere en resulterende drivstoffsammensetning beregnet på å produsere en optisk dampspordybde med en forhåndsbestemt verdi. Ettersom maskinen opererer på forskjellige driftspunkter (for eksempel når motorhastigheter eller gassinnstillinger endres over varigheten av en reise) og under forskjellige omgivelsesforhold (for eksempel som et fly, eller et marinefartøy som beveger seg fra sted til sted, eller et statisk bakkebasert anlegg forbi som luft med varierende egenskaper vil passere), vil sannsynligheten for dampstigenerering variere, og i hvilken grad de vil vedvare vil også variere. Maskinen vil derfor variere den resulterende drivstoffsammensetningen for å oppnå et ønsket resultat (for eksempel en forhåndsbestemt optisk dybde for dampspor) med forbehold om det overordnede målet om å påvirke drivstoffsammensetningen mot det første eller andre drivstoffet som foretrekkes for de fleste av bruk, for eksempel hvilken av den første eller andre drivstoffsammensetningen som er billigste og/eller lettere tilgjengelig.Som det vil bli beskrevet nedenfor, er kalkulatoren konfigurert til å produsere et første signal 14 som indikerer forholdet mellom i det minste den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for en del av varigheten av maskinens drift, og også et andre signal 16 som indikerer totalt forhold mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves for driften av maskinen, for eksempel til neste gang den fylles på. Det andre signalet 16 kommuniseres til en anordning for å instruere og/eller levere (for eksempel en kontrollenhet 18 ) mengder drivstoff i den nødvendige andelen, det vil si den nødvendige andelen av første drivstoffsammensetning til en første drivstofflagertank for maskinen som svar på det andre signalet 16og levere den nødvendige andelen av andre drivstoffsammensetning til en andre drivstofflagringstank for maskinen som respons på det andre signalet 16 , hvor den første tanken og den andre tanken er fluidisolert fra hverandre. For eksempel kan kontrollenheten 18 være konfigurert til å produsere en visuell avlesning, eller konfigurert til å sende et signal som leses på en mottakende visuell visningsenhet, eller konfigurert til å instruere en automatisert eller halvautomatisert drivstoffinnretning som deretter fortsetter å forsyne maskinen , eller tanker for maskinen, med mengder av en første og/eller andre drivstoffsammensetning.Den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen. Hovedforskjellen er knyttet til nivået av aromatisk eller annet ikke-parafinholdig innhold i de respektive drivstoffsammensetningene. I ett eksempel er den første drivstoffsammensetningen parafin. I tillegg eller alternativt er den andre drivstoffsammensetningen et biodrivstoff. Den andre drivstoffsammensetningen kan være et lavsotproduserende (LSP) eller alternativt et lavt-svovel, lavsotproduserende (LSLSP) drivstoff. Alternativt eller i tillegg kan det andre drivstoffet være en blanding av flere slike LSP- og/eller LSLSP-drivstoff hvis fysiske og kjemiske egenskaper gjør det egnet for bruk i en motor i kombinasjon med den første drivstoffsammensetningen, for eksempel som et flydrivstoff når det blandes med konvensjonelt parafin. Eksempler inkluderer (men er ikke begrenset til) kull-til-væske (CTL), gass-til-væske (GTL),Kalkulatoren 12 er konfigurert til å motta og/eller bestemme dataverdier som brukes ved bestemmelse av drivstoffbehovet til maskinen. De forskjellige dataene, eller informasjonen som kreves for å bestemme dataverdiene, er representert som et antall bokser iFIG. 2som mates inn i kalkulatoren 12 .Som representert ved boks 20 , er kalkulatoren 12 konfigurert til å motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstofftilførsel, hvor driftsperioden er en del av den totale varigheten av driften av maskinen. maskin 12 . Det vil si at driftsperioden kan være den forventede hele/totale varigheten av maskinen, eller en del av den forventede hele/totale varigheten av maskinen. Slike data/informasjon kan være en foreslått rute, inkludert høydeprofil og tidsplan.Som representert ved boks 22 , er kalkulatoren 12 også konfigurert til å motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer minst én omgivelseslufttilstand i hvilken maskinen vil fungere i løpet av driftsperioden. Disse kan for eksempel inkludere temperatur, fuktighet og trykk. Maskinen kan reise gjennom og/eller oppleve mer enn én omgivende luftkondisjonering i løpet av hele dens/totale varigheten av driften, og derfor er kalkulatoren konfigurert til å vurdere drivstoffbehovet for hver driftsperiode som utgjør den totale driftsvarigheten.Som representert ved boks 24 , er kalkulatoren 12 også konfigurert til å motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer en varighet av tiden maskinen vil operere i den omgivende lufttilstanden. Det vil si hvor lenge maskinen vil fungere i driftsperioden.Kalkulatoren 12 er videre konfigurert til å bestemme en varighet av tid som, mens den er i den omgivende lufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk. Dette bestemmes med referanse til en policydatabase, representert ved boks 26 , som identifiserer forholdene under hvilke modifikasjon av dampsporegenskaper anses som ønskelig, og i hvilken grad nevnte egenskaper bør modifiseres.Kalkulatoren 12 er også konfigurert til å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forutbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen. Den resulterende drivstoffsammensetningen kan i tillegg omfatte andre drivstoffsammensetninger, hvis relative mengde i den resulterende drivstoffsammensetningen også bestemmes av kalkulatoren.Kalkulatoren 12 er i tillegg konfigurert til å bestemme forholdet mellom i det minste den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for å produsere tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning i løpet av tiden hvor det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk.Kalkulatoren 12 er i tillegg operativ til å produsere det andre signalet 16 som indikerer forholdet mellom i det minste den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves i løpet av den tid hvor det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå et forhåndsbestemt dampspor karakteristisk.Som representert ved boks 28 er kalkulatoren 12 konfigurert til å trekke ut/motta dataverdier fra en eller flere av en algoritme, oppslagstabell eller database som omfatter detaljer om dampsporets optiske dybde og dens avhengighet av sotutslippsindeksen ved spesifiserte omgivelsesforhold, inkludert men ikke nødvendigvis begrenset til én eller flere av omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og omgivelses relative fuktighet med hensyn til vann.Som representert ved boks 30 er kalkulatoren 12 konfigurert til å trekke ut/motta dataverdier fra en oppslagstabell og/eller database som omfatter detaljer om egenskapene til en eller flere av første og andre drivstoffsammensetning, og/eller forskjellige blandinger av den første og andre drivstoffsammensetningen. drivstoffsammensetninger og forbrenningsegenskapene til motoren. Fra disse kan det beregnes eller på annen måte bestemmes (enten nøyaktig eller omtrentlig) sotutslippsindeksen som sannsynligvis vil bli realisert ved forskjellige driftspunkter og omgivelsesforhold, som en funksjon av de relative proporsjonene av den første og andre drivstoffsammensetningen som er tilstede i den resulterende drivstoffsammensetningen når det brennes av en motor. Den første og andre drivstoffsammensetningen kan bestemmes ved direkte analyse eller avledes fra en database eller datapost.Kalkulatoren 12 omfatter en sotbehovsgenerator 32 konfigurert til å beregne ønsket sotutslippsindeks og produsere et signal som indikerer sotutslippsindeksen for bruk i beregningen av resulterende drivstoffsammensetning.Sotbehovsgeneratoren 32 er konfigurert til å motta verdier for én eller flere av målte, prognoserte og/eller utledede verdier for omgivelseslufttilstanden inkludert omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og/eller omgivelsesfuktighet. Den er videre konfigurert til å beregne den ønskede sotutslippsindeksen som, hvis den oppnås i den samme omgivelsesluften, vil gi de ønskede dampsporegenskapene.Sotbehovsgeneratoren 32 kan også være konfigurert til å motta verdier av egenskapene til en eller flere av første og andre drivstoffsammensetning, forbrenningskarakteristikk av motoren, ved motorens driftspunkt ved omgivelsesluften som brukes i bestemmelsen av ønsket sot utslippsindeks. Ved å gjøre det kan den ta hensyn til begrensninger som begrenser det oppnåelige området for sotutslippsindeks ved det bestemte motorens driftspunkt og omgivelsesluftforhold, gitt hvilke typer drivstoff som er tilgjengelige for den. Ved å gjøre dette ville sotbehovsgeneratoren 32 kunne unngå å spesifisere en sotutslippsindeks som ikke kunne realiseres i praksis.Kalkulatoren 12 er konfigurert til å bestemme det totale forholdet mellom den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for driftsperioden for maskinen i avhengighet av forholdet mellom den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen for hver omgivelseslufttilstand.Under drift utfører det ovenfor beskrevne drivstofftilførselssystemet en rekke trinn, inkludert

• i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning, som kan mottas fra data-/informasjonskilden 20 .
• ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden, som kan mottas fra data-/informasjonskilden 22 .
• iii) å bestemme en varighet av tid hvor det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden. Tidens varighet kan mottas fra data-/informasjonskilden 24 . Den ønskede sotutslippsindeksen, det vil si sotutslippsindeksen som kreves for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikken, kan beregnes ved å bruke informasjon fra algoritmen, oppslagstabellen, databasen eller en hvilken som helst kombinasjon av disse 28, omfattende detaljer om dampsporets optiske dybde og dens avhengighet av sotutslippsindeksen i den omgivende lufttilstanden, inkludert men ikke nødvendigvis begrenset til én eller flere av omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og omgivelses relative fuktighet med hensyn til vann.
• iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den ønskede sotutslippsindeksen og dermed den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffet sammensetning;
• v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for å produsere tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tiden bestemt i trinn iii); og
• vi) å produsere et første signal 14 som indikerer forholdet mellom i det minste den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).

Trinn iii) til vi) utføres så mange ganger som nødvendig, og det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves for driftsperioden for maskinen, beregnes i avhengighet av forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning bestemt for hver omgivende luftkondisjon.Et andre signal 16 frembringes som indikerer det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves. Som svar på det andre signalet 16 blir det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning levert til henholdsvis en første drivstofflagringstank og en andre drivstofflagertank for maskinen, den første tanken og den andre tanken er fluidisolert fra hverandre .Når maskinen er et kjøretøy, leveres derfor den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen før kjøretøyet starter en reise. I eksempler der kjøretøyet er et fly, leveres den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen før avgang av flyet, eller alternativt under påfylling under flyging.Med referanse til trinn ii), identifiseres omgivelseslufttilstanden med referanse til den relative plasseringen av maskinen og omgivelsesluftforholdene som maskinen sannsynligvis vil bli utsatt for i løpet av driftsperioden. Detaljer om den omgivende lufttilstanden bestemmes i avhengighet av meteorologiske prognosedata 22 inkludert temperatur, fuktighet og/eller trykk.Med referanse til trinn iii og trinn iv, representerer oppslagstabellen og/eller databasen 26 en policy eller retningslinjer som bestemmer omstendighetene under hvilke dampspormodifikasjon bør forsøkes, og omfanget av modifikasjon som bør tilstrebes.Den nødvendige resulterende drivstoffsammensetningen bestemmes i avhengighet av omgivelseslufttilstanden og maskinens planlagte drift i omgivelsesluftforhold, og policyen nedfelt i oppslagstabellen og/eller databasen 26 , og begrensninger som begrenser rekkevidden av tillatt resultant drivstoffsammensetninger.Bestemmelsen av nødvendig resulterende drivstoffsammensetning tar også hensyn til en ønsket sotutslippsindeks bestemt av en sotbehovsgenerator 32 . Den ønskede sotutslippsindeksen bestemmes som en funksjon av en eller flere målte, prognoserte og/eller utledede verdier for omgivelseslufttilstanden inkludert en eller flere av omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og/eller omgivelsesfuktighet. Den resulterende drivstoffsammensetningen som trengs for å oppnå den ønskede sotutslippsindeksen kan også bestemmes delvis i avhengighet av data hentet fra en oppslagstabell eller database 30detaljering av egenskapene til minst én av den første og andre drivstoffsammensetningen, og forbrenningsegenskapene til motoren ved motorens driftspunkt og ved omgivelsesluftforhold. De første og andre drivstoffsammensetningene kan analyseres av systemet, eller på annen måte utledes, for eksempel fra spesifikasjonsdata, og detaljer om deres sammensetning og egenskaper lagret for bruk ved bestemmelse av den resulterende drivstoffsammensetningen gjennom hele driftsperioden for maskinen.Sotbehovsgeneratoren 32 bestemmer en passende verdi av sotutslippsindeksen som tilsvarer det ønskede nivået av dampspormodifikasjon, innenfor grensene som pålegges av eventuelle begrensninger på den resulterende drivstoffsammensetningen. Basert på dette, den omgivende lufttilstanden og det forventede motordriftspunktet ved den omgivende lufttilstanden, vil drivstofftilførselssystemet 10utfører videre trinnet med å bestemme sannsynligheten for dampspordannelse og/eller dampsporpersistens, og i hvilken grad det oppnåelige området for sotpartikkelemisjonsindeksverdier vil tillate modifikasjon av dampsporegenskapene, hovedsakelig optisk dybde. Dette informerer dens beslutning om det relative forholdet mellom første og andre drivstoffsammensetning som kreves. For eksempel, hvis det er spådd at området for optimale verdier for sotutslippsindeksen vil muliggjøre materialmodifisering av dampsporets optiske dybde på et sted hvor det er nødvendig, så vil drivstofftilførselssystemet indikere forholdet mellom drivstoffsammensetningene som kreves for å oppnå slik. Imidlertid, hvis det er spådd at rekkevidden av oppnåelige verdier for sotutslippsindeksen sannsynligvis ikke vil resultere i en vesentlig modifikasjon av dampsporets optiske dybde,Den resulterende drivstoffsammensetningen kan omfatte en hvilken som helst andel av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen i området fra 0 % til 100 %. Den resulterende drivstoffsammensetningen kan omfatte x % av den første drivstoffsammensetningen og (100−x) % av den andre drivstoffsammensetningen, hvor den har en verdi hvor som helst i området fra 0 til 100. For eksempel kan den resulterende drivstoffsammensetningen omfatte 0 % av den første drivstoffsammensetningen og 100 % av den andre drivstoffsammensetningen. Alternativt kan den resulterende drivstoffsammensetningen omfatte 100% av den første drivstoffsammensetningen og 0% av den andre drivstoffsammensetningen. I tillegg kan x ha en verdi større enn 0 og mindre enn 100.I et alternativt eksempel kan den resulterende drivstoffsammensetningen omfatte en % av den første drivstoffsammensetningen, b % av den andre drivstoffsammensetningen og c % av ytterligere drivstoff- eller additivsammensetninger, hvor a+bc=100 %, og a, b eller c kan ha en verdi hvor som helst i området fra 0 til 100.Systemet som er beskrevet her er således fordelaktig siden det muliggjør en bestemmelse av den effektive lasting av drivstoff for en maskin, der det er ønskelig at maskinen er nødvendig for å minimalisere dampsporgenerering for i det minste en del av driften.Av hensyn til drivstoffeffektiviteten (spesielt for fly) er det viktig at kjøretøyene kun laster den mengden av første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som er nødvendig for den foreslåtte reisen. Fremgangsmåten og innretningen i den foreliggende beskrivelse unngår behovet for at kjøretøy skal forsynes med miljøvennlig drivstoff (f.eks. biodrivstoff) hvor det ikke vil oppnå noen vesentlig eller ønsket miljømessig fordel knyttet til modifikasjon av dampspor. Dette er spesielt fordelaktig ettersom slike drivstoff har en tendens til å være dyrere å produsere. For kjøretøy som systemet forutsier ikke vil fungere under forhold eller under forhold der dampspor vil oppstå,I eksempler hvor systemet i den foreliggende beskrivelsen brukes på marine fartøyer, kan det muliggjøre reduksjon av dampspor generert fra fartøyets eksos, noen ganger referert til som “skipspor”.Selv om eksemplene på systemet og fremgangsmåten beskrevet her relaterer til blandingen av en første og andre drivstoffsammensetning, inkluderer ytterligere eksempler blandingen av ytterligere drivstoffsammensetninger med de første og andre drivstoffsammensetningene for å produsere den resulterende drivstoffsammensetningen. I slike eksempler kan det være nødvendig med ytterligere lagringstanker for hver ytterligere drivstoffsammensetning, som er fluidisolert fra de første og andre tankene beskrevet ovenfor.

Krav (20)Skjul avhengig 

Oppfinnelsen som kreves er:1. Fremgangsmåte for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen, metoden omfatter trinnene:i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii); ogvi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori den omgivende lufttilstanden er identifisert med henvisning til den relative plasseringen av maskinen og de omgivende luftforholdene som maskinen sannsynligvis vil bli utsatt for i løpet av driftsperioden.3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori den omgivende lufttilstanden bestemmes i avhengighet av meteorologiske prognosedata inkludert temperatur, fuktighet og/eller trykk.4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori den forhåndsbestemte dampspor-karakteristikken er hentet fra en algoritme, oppslagstabell og/eller database som omfatter detaljer om dampspor-persistens og dens avhengighet av omgivelsesforhold.5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvor trinn iii) til vi) av krav 1 gjentas for minst én ytterligere luftkondisjonering.6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori den resulterende drivstoffsammensetningen bestemmes i avhengighet av den omgivende lufttilstanden og maskinens planlagte driftspunkt i den omgivende lufttilstanden.7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori den resulterende drivstoffsammensetningen beregnes som en funksjon av ønsket sotutslippsindeks bestemt av en sotbehovsgenerator, og hvor eventueltden ønskede sotutslippsindeksen bestemmes som en funksjon av én eller flere målte, prognoserte og/eller utledede verdier for omgivelseslufttilstanden inkludert én eller flere av omgivelsestemperatur, omgivelsestrykk og/eller omgivelsesfuktighet.8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen er avledet fra en oppslagstabell eller database i avhengighet av minst én av den første og andre drivstoffsammensetningen, forbrenningsegenskapene til motoren og motorens driftspunkt ved omgivelsene Air condition.9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 videre omfattende trinnet med å bestemme sannsynligheten for dannelse av dampspor og/eller dampspor-persistens i avhengighet av omgivelseslufttilstanden og det forventede motordriftspunktet ved nevnte omgivelseslufttilstand.10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvori det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves for driftsperioden for maskinen, beregnes i avhengighet av forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning bestemt for hver omgivelseslufttilstand.11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10 hvori et andre signal produseres som indikerer det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning som kreves.12. Fremgangsmåte som angitt i påstand 11 hvori, som svar på det andre signalet, det totale forholdet mellom første drivstoffsammensetning og andre drivstoffsammensetning leveres til henholdsvis en første drivstofflagringstank og en andre drivstofflagringstank for maskinen, den første tanken og den andre tanken er fluidisolert fra en en annen.13. Fremgangsmåte som angitt i påstand 12 hvori den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen leveres før driftsperioden.14. Fremgangsmåte som angitt i påstand 13 hvori maskinen er et kjøretøy, og den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen leveres før kjøretøyet starter en reise.15. Fremgangsmåte som angitt i påstand 14 hvori kjøretøyet er et fly, og den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen leveres til flyet.16. Et drivstofftilførselssystem for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning til en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, der den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen, hvor drivstofftilførselssystemet omfatter:en kalkulator konfigurert til å:a) motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;b) motta og/eller bestemme dataverdier som indikerer minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden; ogc) bestemme en varighet i hvilken det, mens det er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;d) bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;e) bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for å produsere tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten bestemt i trinn c); ogf) produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for tidsperioden bestemt i trinn c).17. Motor omfattende et drivstofftilførselssystem som angitt i påstand 16konfigurert til å drive fremgangsmåten for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselsbehov. hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen, omfatter metoden trinnene:i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer drivstofftilførselskravet;ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn i); ogvi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).18. Kjøretøy omfattende et drivstoffleveringssystem som angitt i påstand 16 konfigurert til å betjene fremgangsmåten for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre sammensetningen, metoden omfatter trinnene:i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampkarakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii); ogvi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).19. Luftfartøy omfattende et drivstoffleveringssystem som angitt i påstand 16 konfigurert til å drive fremgangsmåten for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, der den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen, metoden omfatter trinnene:i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer drivstofftilførselskravet;ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;iv) å bestemme den resulterende drivstoffsammensetningen for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikken, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii); ogvi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom minst den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tid bestemt i trinn iii).20. Statisk bakkebasert innretning omfattende et drivstoffleveringssystem som angitt i påstand 16 konfigurert til å drive fremgangsmåten for å tilføre minst én av en første drivstoffsammensetning og en andre drivstoffsammensetning for bruk i en maskin for å oppnå et drivstofftilførselskrav, hvor den første drivstoffsammensetningen er forskjellig fra den andre drivstoffsammensetningen, metoden omfatter trinnene :i) identifisere en driftsperiode som tilsvarer behovet for drivstoffforsyning;ii) å bestemme minst én omgivelseslufttilstand som maskinen vil fungere i i løpet av driftsperioden;iii) å bestemme en varighet av tid som, mens den er i omgivelseslufttilstanden, er nødvendig for å oppnå en forhåndsbestemt dampsporkarakteristikk, hvor nevnte varighet kan være lik eller mindre enn driftsperioden;iv) å bestemme en resulterende drivstoffsammensetning for bruk av maskinen i den omgivende lufttilstanden for å oppnå den forhåndsbestemte dampsporkarakteristikk, hvor den resulterende drivstoffsammensetningen omfatter minst én av den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen;v) å bestemme forholdet mellom minst den første drivstoffsammensetningen og den andre drivstoffsammensetningen som kreves for tilstrekkelig resulterende drivstoffsammensetning for varigheten av tid bestemt i trinn iii); ogvi) å produsere et første signal som indikerer forholdet mellom i det minste den første og andre drivstoffsammensetningen som kreves for varigheten av tiden bestemt i trinn iii).

Patentsiteringer (23)

PublikasjonsnummerPrioriteringsdatoPubliseringsdatoOppdragstakerTittelUS3289409A1964-07-131966-12-06Phillips Petroleum CoSkjuler kondensstier fra fly i stor høydeUS3517512A1965-02-021970-06-30Us Air ForceApparat for å undertrykke kontrailsUS3517505A1962-11-131970-06-30Us Air ForceMetode og apparat for å undertrykke kontrailsGB2058211A1979-09-131981-04-08Showa Line LtdDieselmotor drivstoffblandingssystemUS4471744A1980-10-161984-09-18Holtz Gustav FProsess og enhet for drift av en forbrenningsmotor ombord på skipJPS61149566A1984-12-241986-07-08Hitachi Zosen CorpOmbord blandemetode for drivstoff for skipUS4766725A1985-12-241988-08-30Scipar, Inc.Metode for å undertrykke dannelsen av kontrails og løsning for disseUS5005355A1988-08-241991-04-09Scipar, Inc.Metode for å undertrykke dannelsen av kontrails og løsning for disseUS5285256A1992-07-281994-02-08Ophir CorporationApparater og fremgangsmåte for å detektere kontringslinjer bakoverUS5469830A1995-02-241995-11-28Cessna Aircraft CompanyDrivstoffblandingssystem metode og apparatUS5546183A1994-10-121996-08-13Northrop Grumman CorporationLidar dråpestørrelsesmonitor for måling av flymotoreksoskontrailer, dråper og aerosoler under flygingUS20070175459A12006-02-022007-08-02Williams Rodger KDrivstoffkontrollsystem og tilhørende metodeUS20080072577A12006-05-052008-03-27Taylor Mark DGassturbinmotorWO2008065238A12006-11-302008-06-05Wärtsilä Finland OyMarine fartøymaskineri og en metode for å kontrollere avgassutslipp i et marine fartøyUS20090013591A12005-11-172009-01-15David BradinAlternative drivstoff- og drivstofftilsetningssammensetningerUS20100043443A1 *2007-05-262010-02-25Rolls-Royce PlcMetode og apparat for å undertrykke flymotorerUS20100122519A1 *2008-11-142010-05-20Alan EpsteinBrensel med ekstremt lavt svovelinnhold og metode for redusert spaltedannelseUS20100132330A12007-05-262010-06-03Noppel Frank GMetode og apparat for å undertrykke flymotorerUS8166710B2 *2007-04-182012-05-01The Invention Science Fund I, LlcHøydestruktur for å drive ut en væskestrøm gjennom et ringformet romFamilie til familie sitaterUS4220120A *1973-12-141980-09-02Union Oil Company of CaliforniaForbrenningsmotorsystem og driftJP3174649B2 *1992-11-102001-06-11三菱重工業株式会社GassturbinbrennerWO2009040112A2 *2007-09-252009-04-02Eads Deutschland GmbhFremgangsmåte for drift av en gassturbinmotor, strømforsyningsanordning for å utføre en slik fremgangsmåte og fly som bruker en slik metodeUS8086387B2 *2008-06-182011-12-27Boeing CompanySystem og metode for optimalisering av drivstoffsystem* Sitert av sensor, † Sitert av tredjepart

Ikke-patentsiteringer (5)

Tittel18. oktober 2012 Søkerapport utstedt i britisk søknad nr. GB 1211061.5.18. september 2012 søkerapport utstedt i britisk søknad nr. GB1211058.1.27. september 2012 søkerapport utstedt i britisk søknad nr. GB1211064.9.US Appl. nr. 13/896.690, inngitt 17. mai 2013 i navnet til Peter Swann.US Appl. nr. 13/896.766, inngitt 17. mai 2013 i navnet til Peter Swann.* Sitert av sensor, † Sitert av tredjepart

Sitert av (4)

PublikasjonsnummerPrioriteringsdatoPubliseringsdatoOppdragstakerTittelUS10487760B22016-04-142019-11-26Ford Global Technologies, LlcSystem og metoder for å redusere partikkelutslippFamilie til familie sitaterGB201317731D02013-10-082013-11-20Rolls Royce PlcDrivstoffleveringssystemGB201317732D02013-10-082013-11-20Rolls Royce PlcDrivstoffsystem for flymotorerGB2539874A *2015-06-222017-01-04Rolls Royce PlcKontrollsystem for dampspor for fly* Sitert av eksaminator, † Sitert av tredjepart, ‡ Familie til familie sitering

Lignende dokumenter

UtgivelsePubliseringsdatoTittelUS8849541B22014-09-30DrivstoffleveringssystemUS9518965B22016-12-13DrivstoffsystemUS9146566B22015-09-29DrivstoffsystemUS10259590B22019-04-16Fremdriftssystem for flyEyring et al.2005Utslipp fra internasjonal skipsfart: 2. Påvirkning av fremtidige teknologier på scenarier frem til 2050US8430360B22013-04-30Kontrollenhet og metode for å kontrollere tilførselen til et kjøretøy med flere drivstoffUS9309811B22016-04-12DrivstoffleveringssystemUS9399521B22016-07-26Kontrollsystem for dampspor for flyCN108425739B2021-10-08Metode og system for å opprettholde motorens kjølevæskenivåerEP2364400B12016-08-17Brensel med ekstremt lavt svovelinnhold og metode for redusert spaltedannelseES2655983T32018-02-22Drivstofftilførselssystem for en forbrenningsmotor og relativ drivstoffskifteprosedyreUS9440746B22016-09-13Kontrollsystem for dampspor for flyUS8944363B22015-02-03Produksjon eller distribusjon av strålingspådrivende midlerUS9650968B22017-05-16Drivstoffsystem for flymotorerGierens2007Er drivstofftilsetningsstoffer et levedyktig alternativ for å redusere spredningen?Grønn2003Grønnere av designUS20210277835A12021-09-09Etappevis forbrenningBanerjee2017Ledende rolle for shippingtransport i oversjøisk handel ved store indiske havnerMoore et al.2017Biodrivstoffblanding reduserer partikkelutslipp fra flymotorer ved cruiseforholdCN112236585A2021-01-15Metode og kontrollenhet for betjening av kjøretøyZhongming et al.2019Klimapåvirkningen av skyer dannet fra flykondenseringsstier kan tredobles innen 2050Noppel et al.2006Contrail og Cirrus Cloud AvoidanceMP2004Mr Ivor Caplin MP Forsvarsdepartementet Ministerial Correspondence Unit, rom 222, Old War Office

Prioritet og relaterte applikasjoner

Prioriterte søknader (2)

applikasjonPrioriteringsdatoInnleveringsdatoTittelGB1211061.52012-06-22GB201211061A2012-06-222012-06-22Drivstoffleveringssystem

Juridiske hendelser

DatoKodeTittelBeskrivelse2013-05-17SOMOppdrag

Eier navn : Rolls-Royce PLC, GREAT BRITAIN

Tekst i fritt format : OPPDRAG AV OPPDRAGERS INTERESSE;OPPDRAGRE:SWANN, PETER;REEL/RAMME:030549/0620

Ikrafttredelsesdato : 201305022014-09-10STCFInformasjon om status: patentbevilgning

Tekst i fritt format : PATENTERT CASE2018-03-30MAFPBetaling av vedlikeholdsgebyr

Tekst i fritt format : BETALING AV VEDLIKEHOLDSGEBYR, 4. ÅR, STOR ENHET (ORIGINAL HENDELSESKODE: M1551)

År for betaling av gebyr : 4

Begreper

maskinekstrahert nedlastingFiltertabell NavnBildeSeksjonerTelleSøketreff brenseltittel, påstander, abstrakt, beskrivelse3100,000 blandingpåstander, abstrakt, beskrivelse2390,000 omgivende luftpåstander, abstrakt, beskrivelse690,000 tilsvarendepåstander, abstrakt, beskrivelse120,000 sotpåstander, beskrivelse400,000 karbonpåstander, beskrivelse380,000 forbrenningsreaksjonpåstander, beskrivelse60,000 standhaftighetpåstander, beskrivelse40,000 statiskpåstander, beskrivelse40,000 biosyntetisk prosesspåstander, beskrivelse30,000 formasjonsreaksjonpåstander, beskrivelse30,000Vis alle konsepter fra beskrivelsesdelen