Helene Muri

1 3 0 7 4L . A h l m e t a l . : M a r i n e c l o u d b r i g h t e n i n g – a s e f f e c t i v e w i t o u t c l o u d s _

Figur 2.

Skyfraksjon for lave skyer var gjennomsnittlig over 2020–2030 innenfor RCP4.5-scenariet for

(en)

NorESM1-M,

(b)

GISS-E2-R,og

(c)

HadGEM2- ES. Skyfraksjoner har værtestimert avantar tilfeldigover lapping gfor lag under 850hPa

(a, c)

og nedenfor600 hPa

(b)

være mest effektiv, som hygroskopisk vekst av slikt injisert havsaltpartikler ble vist å forbedre albedoen betydeligav skylaget. Injeksjon av Aitken-modus partikler, hvordan-noensinne, genererte en positiv forsering i NorESM1-M i en pre-vious studie av Alterskjær og Kristjánsson (2013), forårsaketved en sterk konkurranseeffekt kombinert med høy kritiskovermetning av Aitken-modus partikler. Representerer havetspray klimateknikk i simuleringene våre tydeligvis re-quires injeksjoner som produserer en negativ forsering. Størrelsen til de injiserte partiklene i denne studien er i samme størrelsesområdesom de fleste tidligere ESM-studier på sjøsprøytklimaingeniør-som simulerer aerosolinjeksjonen (f.eks. Alterskjær et al.,2012, 2013; Jones og Haywood, 2012; Korhonen et al.,2010; Muri et al., 2015; og Wang et al., 2011). Det burde det ogsånevnes at omfattende målinger viser at organ-ics bidrar vesentlig til sammensetningen av sjøsprøytaerosol, og er på mange områder til og med den dominerende bestanddel(f.eks . deLee uwet al ., 201 1).Somhavspra yklima e _eng ine eri ngvil sannsynligvis produsere partikler med en lignende sammensetning somnaturlig sjøsprøyt, må de injiserte partiklene derfor værestørre å aktivere for skydråper sammenlignet med når det antas-ing rent havsalt som i studien av Connolly et al. (2014). Ispesielt, tilstedeværelsen av organiske stoffer undertrykker hygroskopiskvekst sammenlignet med rent havsalt, noe som kan være aktueltsiden Connolly et al. (2014) fant at interstitielle partiklerspiller en viktig rolle i å kontrollere albedoen i deres studie.De fullt koplede RCP4.5-simuleringene inkluderer to reelleisasjoner _med NorESM1-M, trerealisasjon s _med GISS-E2-R, og fire realisasjoner med HadGEM2-ES. Den fullt utkoblede G4sea-salt simuleringer inkluderer to realiseringer medHeller ikke ESM1 -M,thr eerea liz sjoner _vidd hGIS S-E2 -R,ogenre-alisering med HadGEM2-ES.

3Resultat og diskusjon _ _ _ _ _

En nøkkelvariabel i modellene når man vurderer sjøsprøytkli-mateteknikk er mengden lave skyer over havet,spesielt subtropiske stratocumulus-skyer i vestkysten av Nord-Amerika, Sør-Amerika og sørlige ognordlige Afrika. Disse regionene er vurdert til å være flestmottakelig forbrigh tenin g(Salt retal., 2008;Alter skjæret al., 2012; Jones og Haywood, 2012). Figur 2 viserskyfraksjonen på lavt nivå under 850hPa forNorES M1-M (fig. 2a)og HadGEM 2-ES (fig. 2c), og under 600hPafor GISS-E2-R (fig. 2b), gjennomsnittlig over årene 2020–2030 iRCP4.5-scenariet. Her bruker vi antakelsen om tilfeldigoverlappende skylag for estimatene av skydekket.NorESM1-M (fig. 2a) og HadGEM2-ES (fig. 2c) fangermaksima i lavnivå skydekke assosiert med sub-

Atmos. Chem. Phys., 17, 13071–13087, 2 0 1 7w w w . a t m o s – c h e m – p h y s . n e t / 1 7 / 1 3 0 7 1 / 2 0 1 7 /

L . A h l m e t a l . : M a r i n e c l o u d b r i g h t e n i n g – a s e f f e c t i v e w i t o u t c l o u d s _1 3 0 7 5

Figur 3.

Globalt gjennomsnittlig TOA effektiv strålingspådriving av de injiserte partiklene totalt

(en)

og under klare himmelforhold

(b)

. ERF for hverModellen ble bestemt fra 10-års simuleringer med fast SST med og uten havsaltinjeksjon.

tropiske høytrykksceller i de østlige delene av StillehavetHavet og Atlanterhavet (f.eks. Rossow og Schiffer,1999) . Degrunn n forinkludert lag høyere enn 850hPai anslaget på lavt skydekke for GISS-E2-R erat for regionen vest for Peru når modellen sitt maksimaleimum i skydekke litt over 850hPa. Fra fig. 2dener tydelig at lavskymengdene over tropiske og sub-tropiske hav er betydelig lavere i GISS-E2-R enn iHeller ikke ESM 1-MogHadde GEM 2-E S,idel ula r _når ndencom estil stratocumulus-skyer i de subtropiske høytrykkscellenei de østlige delene av Stillehavet og Atlanterhavet.Dette må tas i betraktning i vurderingen avvirkningen av sjøsprøytklimateknikk i GISS-E2-R.

3.1Effektiv r adiat iv forsering av de injiserte partiklene

Havsaltinjeksjonen er mellom 30

◦

N og 30

◦

S påkrevdå generere en global gjennomsnittlig ERF på

−

2,0 Wm

−

ved TOAer 250Tgår

−

i No rESM1- M, 590Tgår

−

i GISS-E2-R,en d 200Tgyr

−

i HadGEM2-ES. Det faktum at GISS-E2-Rkrever en større injeksjonshastighet enn de to andre ESM-ene ersannsynligvis på grunn av den større tørre radiusen til de injiserte partiklenei GISS-E2 -R (0,44µm) enn i NorES M1-M (0,13µm) ogHadG EM2-ES (0,10µm). Dette betyr at aspesifikk injeksjonsjonshastigheten i GISS-E2-R resulterer i færre partikler enn ito andre ESM-er (fig. 1a). Den mindre mengden lave skyeri GISS-E2-R (Fig. 2b) kan også være en medvirkende årsak tilde større injeksjonshastighetene som kreves i denne modellen. Injeksjonen-sjonsratene i denne studien er nær frekvensen rapportert av Parta-nen et al. (2012), som oppnådde en

−

5,1 Wm

−

globalt middelERF i aerosol-klimamodellen ECHAM5.5-HAM2 fravindhastighetsavhengige globale havsaltinjeksjoner med en hastighet på 440Tgyr

−

. Våre injeksjonsrater er også lik de re-portert av Alterskjær et al. (2013), som søkte gradvis i-økende havsaltinjeksjonshastigheter mellom 30

◦

N og 30

◦

Sitre forskjellige ESM-er for å beholde TOA-strålingskraften av et RCP4.5-scenario på 2020-nivå i 50 år. Den ra-diativ tvinge endring innenfor RCP4.5 scenario mellom2020 og 2070 er

1,64Wm

−

. I løpet av det siste tiåret av simuleringene deres, varierte de nødvendige injeksjonshastighetene mellom266 og 56 0Tgyr

−

på de tre modellene deres.Den globale gjennomsnittlige ERF av de injiserte havsaltpartikler, forratene gitt ovenfor, er relativt konstant på

−

2,0 Wm

−

gjennom hele tiden _de10- ja rfikse utgSSTsimulering _ _ _iallethr eeESM-er (fig. 3a). Strålingsfluksene i ESM-ene er beregnetogså for klar himmel. Disse klare himmelen strålendeﬂukser kan brukes til å bestemme den klare himmelens globale gjennomsnittERF (fig. 3b). Denne variabelen er ikke lik aerosol di-den rette effekten av de injiserte partikler, fordi aerosolen direkteeffekten er større under forhold med klar himmel enn når skyer ertilstede. Dette er fordi de fleste av de injiserte partiklene er lo-plassert under skybase når skyer er tilstede, som re-gir den direkte aerosoleffekten på grunn av høy albedo hos de flesteskyer. Likevel er det interessant å merke seg at den klare-sky global-middel ERF (Fig. 3b) er nesten lik totalenglobalt gjennomsnittlig ERF (Fig. 3a) gjennom de 10 årene itre ESM-er, som indikerer et stort potensial for aerosolen direkteeffekt i områder med lavt overskyet. Selv om vi ikke kan anslåpare bidraget fra den direkte aerosoleffekten til totalenERF fra fig. 3, er det tydelig at sjøsprøytklimaingeniør-ing kan være effektivt selv uten skyer.Den klare himmel-ERF av de injiserte partiklene i fig. 3b erav sammenlignbar størrelsesorden for de tre modellene, til tross forhøyere havsaltmasseinjeksjonshastigheter og større størrelse påinjiserte partikler i GISS-E2-R sammenlignet med de to andremodeller. Overflatearealstørrelsesfordelingen (fig. 1b) er tettrelatert til mengden lys som spres av havsaltpar-ticles og dermed den klare himmelen ERF i fig. 3b. For en fullbeskrivelse av Mie-spredning trenger man imidlertid ogsåta hensyn til variasjoner i spredningskoeﬁsienten medpartikkelstørrelse, som gjøres i strålingsoverføringsberegningen-sjoner i modellene. Det totale antall partikkelinjeksjoner (i-te gra tedov erdedel tic lenummer _størrelse edistribusjoner _ _ _ _iFig .1a)er 1

, 2

, og 1

−

for NorESM1-M, GISS-E2-R og HadGEM2-ES; dermed antall in- injeksjonerernesten2ordreneavomfangetmindreiGISS-

w w w . a t m o s – c h e m – p h y s . n e t / 1 7 / 1 3 0 7 1 / 2 0 1 7 /A t m o s . C h e m . P h y s . , 1 7 , 1 30 7 1 –13087, 2017

1 3 0 7 6L . A h l m e t a l . : M a r i n e c l o u d b r i g h t e n i n g – a s e f f e c t i v e w i t o u t c l o u d s _

Figur 4.

TOA betyr effektiv strålingspådriv over de 10 årene med simulering med fast SST for

(en)

NorESM1-M,

(b)

GISS-E2-R, og

(c)

HadGEM2-ES.

E2-R sammenlignet med de andre modellene. Den tilsvarende par-tikkoverflateinjeksjoner (integrert over partikkeloverflatenfordelinger i fig. 1b) er 5

, og 3

−

for NorESM1-M, GISS-E2-R og HadGEM2-ES. Dermed, selv om forskjellen i totalt partikkelantallinjeksjon mellom GISS-E2-R og de to andre modellene erstor, forskjellen i totalt partikkeloverflateareal injeksjoneranser derab _liten r. Hygroskopi cvokse theracco untedfor i alle de tre modellene (avsnitt 2.1), og denne prosessen vilendre de injiserte partikkelstørrelsesfordelingene i atmosfærensfære ,sidenrelativ fuktighet _innenfor ninjeksjonsområdetergen era llyovenfor vededel iqu esc enc erel ati vehum idi tytilhavsalt.Delysspredning _ _enhan ceme nt f skuespiller(f.eks. Tito set a l.,2016) beskriver den relative økningen i spredning av aerosollys.ved en viss relativ fuktighet sammenlignet med tørre forhold.Th erpa ra me te rerNei tdi ag no se dith _mo de lsfor re _i je ct edhavsaltpartikler, men avtar med økende partikkeltørrhetdiameter for en viss relativ fuktighet (f.eks. Zieger et al.,2013). Dette betyr at hygroskopisk vekst av den injisertepartikler forventes å generere en større økning i klar himmelERF i NorESM1-M og HadGEM2-ES enn i GISS-E2-R,siden de injiserte partiklene er større i GISS-E2-R enn ide to andre modellene. Hovedårsaken til at havsalt injeksjoneri GISS-E2-R genererer fortsatt en klar himmel ERF like stor somto andre modeller, eller enda litt større (fig. 3b), er sannsynligpå grunn av at GISS-E2-R har lavest bakgrunnsklar himmelatmosfærisk optisk dybde for de tre modellene (ikke vist).Dette betyr at GISS-E2-R er mer følsom for injeksjonerenn de to andre modellene.Den effektive strålingspådrivelsen av de injiserte partikleneved TOA varierer romlig mellom

−

2,0 og

−

10Wm

−

over injeksjonsområdet i de tre ESM-ene (fig. 4). Demener nverdi s _ov erdeinjeksjon ion _er ener

−

4,3 Wm

−

iNorESM1-M,

−

4,9 Wm

−

i GISS-E2-R, og

−

4,7 Wm

−

i HadGEM2-ES. Injeksjonsområdet her, og for senere kal-culations, representerer alle rutenettceller over havet mellom 30

◦

Nog 30

◦

S. I NorESM1-M (Fig. 4a) vises maksimal ERFi stratocumulus-regionene utenfor vestkysten av nord-i Sør-Amerika og det sørlige Afrika (fig. 2a), lokalt eks-avstår

−

10Wm

−

. Dette betyr at ERF over disse re-ioner er en faktor 2–3 større enn gjennomsnittet over in- jeksjonområde.Deplasseringavdissemaximaeriavtalemed studiene til Jones og Haywood (2012) og Parta-nen et al. (2012), som observerte en sterk aerosol indirekte ef-effekt i disse områdene fra sjøsprøytklimateknikk. DeERF maksimum utenfor vestkysten av det sørlige Afrika er ogsåuttales i HadGEM2-ES (fig. 4c), men svakere itvinge enn i NorESM1-M. I tillegg er det maks-ima i ERF i de marine stratocumulus-regionene vest for nordlige Afrika og vest for Australia for både NorESM1-Mog HadGEM2-ES. Jones og Haywood (2012) så en ster