Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto - DISAT

Interazione tra aerosol e radiazione
elettromagnetica – legame tra AOD e
concentrazioni di aerosol
Immagine Terra MODIS, 21 Aprile 2006, RGB:143

Introduzione

Introduzione
L’aerosol interviene nei processi di scambio radiativo

Introduzione
9%
22%
L’ Aerosol viene definito come un insieme eterogeno di particelle
solide e liquide in sospensione nell’aria
15%
4%
10%
PM2.5 MILANO (LUGLIO 05)
40%
OC (%)
EC (%)
NO3- (%)
SO42- (%)
NH4+ (%)
altro
Distribuzione dimensionale
Composizione chimica
Morfologia
Insieme complesso

Introduzione
Aerosol
Ambiente
L’interazione tra due “sistemi”
caratterizzati da un elevato grado
di complessità produce una
elevata difficoltà nella stima degli
effetti correllati e nella loro
quantificazione

Interazione radiazione elettromegnetica - aerosol
α=πd p /λ
α controlla tre regimi
differenti di
scattering:
1. Rayleigh
2. Mie
3. Geometrico

Rayleigh scattering
I(θ)= I oπ 4 d 6
8R 2 λ 4
Mie scattering
Ioλ I(θ)=
8π2R2 2 (i1+i2) d>0.05 μm
m2-1 m2 (
)2
+2
(1+cos 2 θ) d

Interazione radiazione elettromegnetica - aerosol

Interazione radiazione elettromegnetica - aerosol
Riflessione, diffrazione, rifrazione: Scattering.
Scattering+Assorbimento:Estinzione
Scattering+Assorbimento:Estinzione

.
.
. . Coefficiente di estinzione e spessore ottico – attenuazione
di un fascio luminoso
D
Io . .
. . .
. .
. . .
.
. .
. I
E
T
E
C
T
O
R
I/I o =e -σeL
Spessore ottico (τ)
Se:
L = distanza Suolo-Top Atmosfera
allora τ=AOD =AOD
σ e = coeff di estinzione (m -1 ) σ e= σ s+ σ a

Inconsistenza spaziale delle misure
Le misure di PM sono condotte al suolo e pertanto rappresentative di una sola
parte dell’atmosfera
Le misure satellitari, viceversa, rappresentano un segnale integrato lungo tutta
la colonna atmosferica
A
O
D

Strato di rimescolamento
Lo strato di rimescolamento (o PBL) rappresenta lo strato di atmosfera adiacente al
suolo caratterizzato da un rimescolamento delle masse d’aria ben sviluppato ad opera
della spinta convettiva (1) generata dal
riscaldamento della superficie e dalla
turbolenza meccanica dovuta al’attrito che si
instaura tra masse d’aria in movimento e la
superficie terrestre.

Altezza dello strato di
rimescolamento secondo la
definizione di Seibert P.:
“L’altezza dello strato adiacente
al suolo entro il quale ogni
inquinante o ogni costituente
immesso diventa disperso
verticalmente per convezione o
turbolenza meccanica nell’arco
di tempo di un’ora”
Height (m AGL)
Strumento per la correzione del
dato satellitare:
Omogeneità e alte
concentrazioni all’interno dello
strato di rimescolamento
Vertical Profiles of particle number
concentration for cluster 0.3 - 1.6 μm on 20
December 2005
350
300
250
200
150
100
50
0
h 8:48 - 9:18
h 10:13 - 10:21
h 11:07 - 11:38
0.0E+00 2.0E+05 4.0E+05 6.0E
l -1

Strato di rimescolamento e AOD
A
O
D
A
O
D

RELAZIONE TRA IL PM 2.5 MISURATO AL
SUOLO E I VALORI DI AOD RICAVATI
DA IMMAGINI MODIS

Caratteristiche MODIS-Terra:
Orbita: circolare, polare, elisincrona, 750Km, discendente, con passaggio alle ore
10.30 UTC.
Risoluzione temporale: un passaggio ogni giorno, massimo ogni 2 giorni, sopra la stessa area.
Risoluzione spaziale: 250m (bande 1-2)
500m (bande 3-7)
1000m (bande 8-36)
Cos’è modis?
Canali di ripresa: 36, che coprono un intervallo spettrale da 0,4 a 14,4 µm e comprendono il
visibile (VIS), il vicino infrarosso (NIR), e l’infrarosso termico (SWIR, MWIR,
LWIR).

Rappresentazione grafica dell’orbita di ripresa di MODIS.

BANDE SPETTRALI UTILIZZATE
Diverse combinazioni di bande spettrali, delle 36 riprese dal sensore MODIS,
permettono agli operatori di studiare le differenti componenti ambientali (suolo,
acqua, vegetazione, atmosfera). In particolare, per lo studio delle proprietà
degli aerosol sono considerate le bande dalla 1 alla 7, che comprendono VIS e
NIR.

Il calcolo della relazione lineare tra l’AOD ricavato dalle immagini MODIS ed il
PM2.5 misurato al suolo richiede la creazione di un database.
Le concentrazioni di PM2.5 sono state misurate nel sito di Torre Sarca
(45°31’19”N, 9°12’46”E; Università di Milano-Bicocca); i valori di AOD corretto a
550nm sono stati estratti dal prodotto MOD04, ricavato dalle immagini MODIS
acquisite dal sensore Terra, per l’anno 2006 ed i dati relativi all’altezza dello
strato di rimescolamento sono stati stimati mediante l’uso di modelli numerici per
la previsione delle condizioni atmosferiche (MM5).
Le immagini MODIS sono scaricabili gratuitamente dal seguente sito NASA:
http://ladsweb.nascom.nasa.gov/index.html

Procedura per scaricare le immagini satellitari MOD_04
Questa funzione permette di entrare nella
pagina di ricerca dati.

Questa funzione permette di cercare ed ordinare
le immagini relative all’AOD

1)
2)
3)
Definizione del prodotto che si desidera ricevere: 1)sensore Terra/Aqua,
2)Livello 2(atmosfera), 3)prodotto MOD04 (relativo agli aerosol)

Definizione del periodo di interesse. Nell’esempio sono state richieste tutte le
immagini del mese di aprile 2006
Definizione della tipologia dell’algoritmo di riprocessamento delle immagini.
Nell’esempio è stato scelto l’ultimo algoritmo elaborato dalla NASA in ordine di
tempo

Definizione dell’area di interesse, nel nostro caso l’Italia Settentrionale
Definizione del periodo della giornata di interesse (giorno/notte).
Sull’Italia il satellite passa sempre alle 10.30 UTC

Questi ultimi due campi non sono necessari per l’ordine delle immagini di nostro
interesse.
Inizia la ricerca delle immagini richieste…..

Pagina con le immagini disponibili in accordo con i parametri di ricerca
Riepilogo dei parametri di richiesta

Le immagini disponibili sono elencate in una tabella e sono contraddistinte da:
Data (giorno giuliano)
e Ora (in UTC)
Tipo prodotto
Nome del Prodotto
Dimensioni Possibilità
di ordine
Visualizzatore in
anteprima
dell’immagine di AOD

Tale immagine
permette di
verificare che
nell’area
corrispondente
alla zona di
Milano (cerchio
rosso) sia
presente il
dato, così da
fare un primo
screening delle
immagini utili.
Anteprima
dell’immagine di
AOD ripresa in
data 3 aprile
2006.

Esempio di
immagine che
non porta
informazioni di
AOD sull’area
di Milano
Anteprima
dell’immagine di
AOD ripresa in
data 7 aprile
2006.

Una volta selezionate le immagini di interesse è possibile inviare l’ordine
premendo il pulsante “Order Files Now”

Si inserisce l’indirizzo mail a cui si desidera ricevere il numero d’ordine
per poter procedere all’accesso del ftp per scaricare le immagini
Funzione che permette di scegliere la
metodologia di ricevimento immagini

Composizione RGB: Latitudine, Longitudine, AOD
Pixel che ricadono
nell’area di Milano
Lista dei file aperti
Nella seconda riga sono elencati, i valori
assunti nel pixel evidenziato, da Latitudine,
Longitudine, AOD

Il database finale ottenuto per l’AOD con l’integrazione con i dati di PM2.5 e PBL
J_DAY DAY H_UTC H_SOLARE LAT LON AOD_MODIS AOD_OK AOD_MEDIO_TUTTI dev_st Coef_variaz PM2.5 PM2.5
60 01/03/2006 10.15 11.15 45.524 9.299 465 0.465 0.476 0.039 8.301 59.079 59.079
45.470 8.992 485 0.485 59.079
45.453 9.132 524 0.524 59.079
45.436 9.271 470 0.470 59.079
45.418 9.409 408 0.408 59.079
62 03/03/2006 10.00 11.00 45.583 9.114 501 0.501 0.611 0.066 10.769 60.737 60.737
45.565 9.301 645 0.645 60.737
45.494 9.090 602 0.602 60.737
45.476 9.277 644 0.644 60.737
45.388 9.254 665 0.665 60.737
65 06/03/2006 10.30 11.30 45.574 9.152 173 0.173 0.180 0.017 9.412 6.842 6.842
45.552 9.284 192 0.192 6.842
45.487 9.117 195 0.195 6.842
45.443 9.381 159 0.159 6.842
66 07/03/2006 9.35 10.35 45.667 9.253 64 0.064 0.061 0.004 6.955 9.850 9.850
45.400 9.211 58 0.058 9.850
66 07/03/2006 11.15 12.15 45.630 9.158 87 0.087 0.084 0.008 9.373 9.850 9.850
45.547 9.106 96 0.096 9.850
45.463 9.057 81 0.081 9.850
45.354 9.461 78 0.078 9.850
45.381 9.005 77 0.077 9.850
67 08/03/2006 10.20 11.20 45.510 9.394 997 0.997 0.822 0.248 30.212 22.208 22.208
45.422 9.364 646 0.646 22.208
68 09/03/2006 11.00 12.00 45.595 9.204 292 0.292 0.336 0.034 10.061 44.674 44.674
45.511 9.157 326 0.326 44.674
45.443 9.439 325 0.325 44.674
45.426 9.111 380 0.380 44.674
45.359 9.393 358 0.358 44.674
69 10/03/2006 10.05 11.05 45.610 9.172 625 0.625 0.612 0.028 4.591 53.386 53.386
45.593 9.330 601 0.601 53.386
45.522 9.146 651 0.651 53.386
45.505 9.304 632 0.632 53.386
45.433 9.121 582 0.582 53.386
45.416 9.279 583 0.583 53.386

Tabella definitiva per i mesi di Marzo – Aprile 2006 e grafici
J_DAY DAY AOD_MEDIO PM2.5 PBLesatta AOD/PBL
60 01/03/2006 0.476 59.079 387.593 0.00123
62 03/03/2006 0.611 60.737 514.490 0.00119
65 06/03/2006 0.180 6.842 1359.450 0.00013
66 07/03/2006 0.061 9.850 1030.763 0.00006
66 07/03/2006 0.084 9.850 2308.550 0.00004
67 08/03/2006 0.822 22.208 425.080 0.00193
68 09/03/2006 0.336 44.674 414.300 0.00081
69 10/03/2006 0.612 53.386 516.470 0.00119
70 11/03/2006 0.282 14.381 1087.242 0.00026
72 13/03/2006 0.174 21.698 981.408 0.00018
73 14/03/2006 0.219 28.033 631.233 0.00035
73 14/03/2006 0.206 28.033 884.427 0.00023
74 15/03/2006 0.691 41.868 703.149 0.00098
76 17/03/2006 1.154 93.582 358.338 0.00322
79 20/03/2006 1.033 68.835 490.223 0.00211
81 22/03/2006 0.544 82.360 297.060 0.00183
82 23/03/2006 0.705 76.136 610.126 0.00116
85 26/03/2006 0.864 43.042 534.559 0.00162
90 31/03/2006 0.283 20.644 573.398 0.00049
92 02/04/2006 0.417 41.483 729.175 0.00057
93 03/04/2006 0.530 36.813 1960.858 0.00027
94 04/04/2006 0.295 23.011 617.370 0.00048
98 08/04/2006 0.535 49.034 739.339 0.00072
103 13/04/2006 0.237 17.528 445.764 0.00053
104 14/04/2006 0.259 16.733 784.754 0.00033
111 21/04/2006 0.721 37.703 1548.475 0.00047
112 22/04/2006 0.451 31.683 764.113 0.00059
117 27/04/2006 0.860 23.323 1409.458 0.00061
AOD/PBL
AOD/PBL
1.400
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
0.004
0.003
0.003
0.002
0.002
0.001
0.001
0.000
y = 0.0087x + 0.1561
R 2 = 0.4815
AOD vs PM2.5 Mar - Apr 2006
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90PM2.5 100
AOD/PBL vs PM2.5 Mar - Apr 2006
y = 3E-05x - 0.0001
R 2 = 0.6365
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90PM2.5 100

Medie mensili:
grafico con i 3 istogrammi
Relazione annuale su media
mensile
Media AOD Media PM2.5 Media PBL AOD/PBL
Marzo 0.489 43.235 752.844 0.00065
Aprile 0.478 27.707 749.942 0.00064
Maggio 0.646 20.439 1690.784 0.00038
Giugno 0.565 21.262 1692.144 0.00033
Luglio 0.520 19.942 946.834 0.00055
Agosto 0.333 5.993 1812.104 0.00018
Settembre 0.503 29.947 907.645 0.00055
Ottobre 0.363 49.068 506.422 0.00072
Novembre 0.170 54.145 182.571 0.00093
Dicembre 0.161 46.800 163.053 0.00098
Gennaio 0.200 100.389 95.935 0.00209
Febbraio 0.317 84.840 218.149 0.00145
120
100
80
60
40
20
0
Marzo
Media AOD *100 Media PM2.5 Media PBL/10
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre
Ottobre
Novembre
Dicembre
Gennaio
Febbraio
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
25
20
15
10
PM2.5 v/s AOD Mar06-Feb07
y = -0.00361x + 0.54679
R 2 = 0.38227
PM2.5
0 20 40 60 80 100 120
PM2.5 v/s AOD/PBL Mar06-Feb07
y = 0.18432x + 0.14862
R 2 = 0.93505
200.000
180.000
5
160.000
140.000
120.0000
100.000 0
80.000
60.000
40.000
20.000
0.000
20 40 60 80 100
PM2.5
120

Modello multivariato ai minimi quadrati ordinari
Parametri di input:
1) PM2.5(Giorno_prec),
2) VelVento(m/s),
3) AOD/PBL
PM2.5pred
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
PM2.5 misurato / PM2.5 predetto
y = 0.704x + 8.033
R 2 = 0.832
0 20 40 60 80 100 120
PM2.5mis

Introduzione
L’aerosol interviene nei processi di scambio radiativo

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Aerosol Urbano (Urban Haze)
Particelle prevalentemente fini e igroscopiche derivanti da vari sorgenti (traffico,
industriale, riscaldamento e attività domestiche, fuochi).
Es. Cina dal 1960 al 1980 aumento AOT da 0.38 a 0.47
All’AOT totale concorrono materiale carbonaceo (30%), solfati (16%), contenuto
d’acqua (48%), e black carbon (6%) il cui assorbimento della radiazione incidente non
è correlato solo alla sua concentrazione ma anche dalla sua localizzazione all’interno
di una particella. Assorbimento 2 o 3 volte più elevato se interno alla particella.

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Smoke da incendi della vegetazione
Prevalentemente caratterizzato da particelle organiche fini
particelle organiche fini con concentrazioni
variabili di black carbon. Durante gli incendi forestali, dopo la fase acuta la brace in
raffreddamento produce quantità di smoke (particelle organiche senza black
carbon) superiori a quelle emesse durante l’incendio. Invece le praterie africane
bruciano velocemente emettendo elevate quantità di black carbon senza una vera
fase di brace. In media il 12% dell’AOT africano da Smoke è dovuto al black carbon
rispetto al 5% dovuto agli incendi delle foreste boreali. Pennacchi di Smoke sono poi
soggetti a fenomeni di long-range transport.

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Dust
Il Dust viene principalmente emesso fondi lacustri pleistocenici essicati nel Sahara,
nell’Asia nell Asia est e nell’Arabia nell Arabia Saudita. Una certa quantità deriva anche da erosione di
suoli degradati. Dati satellitari mostrano come il dust africano si origina in ogni caso
prevalentemente a nord del 15° parallelo. Prevalentemente è formato da particelle
grossolane contenenti ossidi di ferro in grado di assorbire la radiazione blu e UV.
Il Dust può essere sottoposto a fenomeni di long range transport e può apportare
nutrienti agli oceani.

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Aerosol oceanico
Prevalentemente è composto da particelle grossolane saline emesse sotto forma di
spray marino e da particelle fini ricche in solfati derivanti da emissioni oceaniche.
L’aerosol oceanico assorbe generalmente molto poco, l’AOT medio è stimato essere
attorno a 0.07.

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto
Grandi incertezze esistono ancora sulle proprietà radiative degli aerosol: esse
impediscono di valutare con precisione il forcing radiativo diretto prodotto dagli
aerosol troposferici sulla scala globale, a causa anche della grande variabilità variabilit della
concentrazione e composizione degli aerosol su scala spaziale e temporale. temporale
Solfati
OC e BC
Comb.biomasse
OC e BC
Comb.
fossili
Dust
Direct aerosol induced radiative forcing (W m -2 )

Le immagini, una volta salvate, vanno aperte per essere elaborate e per estrarre i valori
di AOD propri della città di Milano.
I limiti, in coordinate geografiche, dell’area presa in esame sono:
N: 45.58, W: 9.03, S: 45.42, E: 9.33
che corrispondono rispettivamente ai comuni di
Monza, Rho, San Donato, Pioltello.
Tale area è stata scelta in quanto presenta una omogeneità nella composizione chimica
del particolato.
L’elaborazione è condotta mediante l’utilizzo di un apposito software, chiamato ENVI.
Tramite l’utilizzo di una funzione logica è possibile individuare i pixel che ricadono
all’interno dell’area geografica prescelta e che sono in numero variabile tra 2 e 6 a
seconda della geometria di ripresa dell’immagine.
I valori di AOD di tutti questi pixel vengono mediati per calcolare il valor medio.

PM10 ( g m -3 )
250
200
150
100
50
1/1
0
Particolato Atmosferico nella città di Milano al suolo
15/1
29/1
Trend del PM 10 ottenuto in 4 siti di Milano nell'anno 2005.
12/2
26/2
12/3
26/3
9/4
23/4
7/5
Data di campionamento
Andamento uniforme delle
concentrazioni di PM su scala
orizzontale dal centro (Parco
Sempione) verso la periferia
(Via Juvara)
v. Juvara v. Verziere
p. Sempione (4 m)
21/5
4/6
18/6
2/7
16/7
30/7
Dal 1 Gennaio 2005
al 31 Luglio 2005
R 2 > 0,890
Via Juvara e Verziere:
TEOM
Parco Sempione:
gravimetrico
Città di Milano

Aerosol ed effetti sul clima – Aspetti generali
Per quanto riguarda l’interconnessione tra aerosol ed effetti sul clima è possibile
sottolineare alcuni aspetti fondamentali:
fondamentali
Gli aerosol sono caratterizzati, a differenza dei gas serra, da una forte
eterogeneità nella loro distribuzione spaziale e temporale a livello globale
Il loro tempo di vita medio in atmosfera è dell’ordine delle settimane a differenza
dei gas serra che possono persistere in atmosfera anche più di 100 anni
Per tali motivi gli aerosol producono effetti climatici sia su scala locale/regionale,
sia su scala globale, ma non con la medesima intensità
Gli aerosol producono sostanzialmente un raffreddamento del sistema Terra- Terra
Atmosfera mediante i seguenti meccanismi:
- Forcing Radiativo diretto
- Forcing Radiativo indiretto
Le incertezze associate al contributo degli aerosol al forcing radiativo possono
raggiungere anche il 100% come nel caso del forcing indiretto

Aerosol ed effetti sul clima – Aspetti generali
Misure globali per molte delle essenziali proprietà degli aerosol sono rare o in
alcuni casi non disponibili; vengono utilizzati dei modelli per interpolare ed
estrapolare informazione dai dati disponibili
Per conoscere il contributo antropico legato all’effetto degli aerosol sul clima è
necessario in primo luogo separare la componente antropica degli aerosol da quella
naturale; questo processo richiede l’integrazione di più approcci scientifici e
strumentali:
- dati satelllitari
- misure in situ di composizione chimica e distribuzione dimensionale
- profili verticali
- modelli (tra i quali quelli di source apportionment)
La ricerca scientifica nel campo degli aerosol si sta ancora evolvendo da una fase
esporativa a una fase completamente quantitativa

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Un esempio di “inventario delle emissioni” su scala planetaria relativo alle diverse
“tipologie” di aerosol espresso in kg km -2 hr -1 .

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale

Aerosol ed effetti sul clima – Variabilità spaziale
Componente antropica
Difficoltà nella separazione del contributo
antropico/naturale dalle sole misure
satellitari.
Sono necessarie sinergie con misure in situ.
A destra:
Esempio di calcolo modellistico sulla
distribuzione di:
a) Aerosol fine antropico
b) Aerosol fine naturale
c) Coarse Aerosol naturale composto da
dust e sali

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto
L’aerosol aerosol scattera e assorbe radiazioni ad elevate e basse frequenze, frequenze perturbando il
bilancio radiativo del sistema Terra/Atmosfera producendo un forcing radiativo
tipo diretto.
In Europa e Nord America, dove
le sorgenti antropiche di aerosol
sono molto intense, il contenuto
colonnare di materiale particolato
consiste principalmente di solfati
e sostanze carboniose
presentando valori piuttosto
elevati di AOD alle lunghezze
d’onda del visibile e vicino
infrarosso (NIR).
Alta concentrazione di polveri
Particolato fine

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto
Carichi colonnari elevati di particelle di aerosol possono
causare variazioni marcate sul bilancio di radiazione del sistema
superficie-atmosfera in vaste aree del pianeta, determinando
molto spesso un aumento della frazione di radiazione solare
riflessa verso lo spazio (aumento dell’albedo totale), che si
traduce in effetti di raffreddamento di grandezza confrontabile
con quelle degli effetti di riscaldamento prodotti dall’aumento
dall aumento
dei gas-serra gas serra (Charlson et al.,Science, 1992).
Il contesto è importante: quando sono presenti sopra regioni
continentali coperte da vegetazione e, quindi, caratterizzate da
valori relativamente alti dell’albedo superficiale (mediamente da
0.15 a 0.30), le particelle di aerosol contenenti frazioni rilevanti
di sostanze assorbenti (soot particulate matter) possono
provocare un consistente assorbimento con conseguenti effetti
di riscaldamento (Hänel et al., J. Aerosol Sci.,1999).

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto
Nello studio del Forcin radiativo diretto, molto importanti sono:
1. Distribuzione dimensionale
Gli Aerosol nella moda di accumulazione (0.1 – 1 μm)
hanno l’efficienza di scattering maggiore. Queste
particelle una volta idratate possono crescere
raggiungendo la dimensione con la più alta efficienza di
scattering (1).
La moda di accumulazione gode di un’altra importante
proprietà: rappresenta quella col maggior tempo di
residenza medio in atmosfera.
Particelle nella moda di Aitken coagulano velocemente,
mentre la frazione grossolana ha una maggior velocità
di sedimentazione.
Particelle della moda di accumulazione inoltre formano la maggior parte dei CCN
Azione sul Forcing radiativo Indiretto
(1)

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing diretto
2. Composizione Chimica
Solfati
Maggior processo: Scattering
RF range: -0.26 .26 a -0.82 .82 W/m 2
RF NE/RF SE range: 2 a 6.9
RF Land/RF Oceans range: 1.3 a 3.4
RF maximum: NE Summer
RF JJA/RF DJF (NE) range: 2 a >5
(valor medio 3.3)
Biomass Burning Aerosol
RF range: -0.14 .14 a -0.23 .23 W/m 2
RF maximum: -2 2 a -3 3 W/m 2 (regioni
ad intenso biomass burning)
Organic Carbon
Maggior processo: Scattering
RF : ~ -0.25 .25 W/m 2
Fossil Fuel Aerosol
Black Carbon
Maggior processo: Assorbimento
RF range: +0.1 +0.1
a +0.40 +0.40
W/m 2
RF maximum: NE Summer
RF range EM: +0.16 +0.16
a +0.20 +0.20
W/m 2
RF range IM: +0.36 +0.36
a +0.40 +0.40
W/m 2
Organic Carbon
Maggior Processo: Scattering
RF : -0.04 .04 W/m 2 medio annuo globale
RF EM: -0.02 .02 a -0.24 .24 W/m 2
Dust
Maggior processo: Scattering nel
visibile e assorbimento nell’infrarosso
nell infrarosso
RF range (visibile): -0.25 .25 a -0.6 .6 W/m 2
RF range (infrarosso): +0.16 +0.16
a +0.34 +0.34
W/m 2

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto
Gli Aerosol agiscono come CCN influenzando la microfisica, le proprietà
radiative e il tempo di vita delle nuvole.
Gli Aerosol producono un forcing radiativo indiretto mediante una
modificazione dell’albedo delle nubi, nubi della loro quantità e tempo di vita
medio.
In generale è possibile suddividere il forcing radiativo indiretto in tre
categorie:
1. Forcing indiretto di prima specie
2. Forcing indiretto di seconda specie
3. Forcing radiativo “semi semi-diretto diretto”

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto
Poiché per la formazione di ogni goccia nella nube è richiesta la presenza di una
particella di aerosol che agisca come nucleo di condensazione, ne deriva che la
concentrazione, la distribuzione dimensionale e la composizione degli aerosol che
agiscono come CCN determinano le propreità della nube, la sua evoluzione e lo
sviluppo delle precipitazioni. La disponibilità di vapor d’acqua, le spinte ascensionali e
la tendenza alla formazione di nubi sono influenzati invece da processi dinamici a
larga scala. Aerosol naturali portano alla formazione di nubi, aerosol antropici
tendono a ridurre le precipitazioni e variare le proprietà propriet radiative della nube. nube
Evoluzione naturale
Evoluzione in caso di
nube inquinata da aerosol
antropico (minor sviluppo
degli embrioni di goccia,
abbassamento del punto di
congelamento fino anche a
-37 37.5 .5°C)

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto di 1° 1 specie
In aria inquinata un aumento nella concentrazione numerica delle particelle fini di 6
volte rispetto al naturale può produrre un aumento da 3 a 5 volte nella
concentrazione di goccioline nella nube. Tali goccioline mostrano una diminuzione
quantificabile dal 10 al 25% in dimensioni.
Nubi con più piccole e numerose goccioline hanno un area superficiale più estesa e
possono aumentare la propria riflettività fino anche al 30% (il forcing può anche
raggiungere valori tra -0.5 e -1.5 W/m2 )
Questo aumento nella riflessione della radiazione solare viene detto detto
“Effetto Effetto indiretto di 1° 1 specie”
specie

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto di 1° 1 specie
n aria inquinata è presente comunque una soglia di concentrazione di CCN oltre la
uale la concentrazione di goccioline non aumenta ulteriormente: deriva dalla
ompetizione di un elevato numero di CCN per il vapor d’acqua disponibile. La
resenza di anche una piccola parte di Dust o Sea Salt in presenza anche di solfati
uò ridurre l’effetto indiretto e produrre precipitazione.

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto di 2° 2 specie
In condizioni naturali la dimensione delle goccioline cresce fino a un raggio critico di
circa 15 μm che permette lo sviluppo dei processi di precipitazione. In situazioni
inquinate in Australia, Canada e Indonesia, dati satellitari mostrano come le
goccioline sono inferiori: 5-8 μm invece di 10-15 μm in ambienti naturali. Le
precipitazioni tendono a diminuire.
Nelle stesse regioni è stato osservato come CCN naturali producono goccioline che
in una nube in fase di sviluppo raggiungono dimensioni fino ad anche 20-30 μm e le
precipitazioni avvengono.
L’elevata concentrazione di aerosol permette di condensare l’eccesso di vapor
d’acqua quando la nube raffredda. Il risultato è un aumento nel contenuto d’acqua,
del tempo di vita e dell’area di copertura.
Questo effetto viene denominato “Effetto Effetto indiretto di 2° 2 specie”
specie

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing “semi semi-diretto diretto”
La presenza di aerosol contenente black carbon (fortemente assorbente) può avere
effetto sulle proprietà delle nubi.
Il black carbon assorbe parte della radiazione solare provocando un riscaldamento
dell bassa troposfera portando a un decremento nella formazione delle nubi.
Questo effetto sulla formazione delle nubi viene detto “Effetto Effetto semi-
diretto” diretto
La simultanea crescita nella temperatura al top delle nubi e la corrispettiva
diminuzione in riflettanza è spiegata, più che dall’assorbimento del black carbon
stesso, dalla possibilità di riduzione nella convezione causato da una minor velocità
verticale che limita la quantità di vapor acqueo disponibile alla formazione della
nube stessa.

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto
In media da -0.5 a -1.78 W/m 2

Aerosol ed effetti sul clima – Forcing indiretto
In media
da -1.1 a
-4. 8
W/m 2

Strumetazione - Osservazioni da satellite
Le particelle di aerosol originate dalle diverse sorgenti sono trasportate attraverso
il Mediterraneo seguendo le traiettorie definite dalla circolazione prevalente.
Image of August 25, 2000
(NASA/GSFC and ORBIMAGE)
TOMS image of August 25, 2000
Episodio di trasporto di polvere del
Sahara: l’analisi UV fornisce utili
indicazioni sulla presenza di sostanze
assorbenti nel materiale particolato
colonnare.
Le immagini danno evidenza della
presenza di apprezzabili carichi
aerosolici nell’area della pianura padana
e di intensi pennacchi che si originano
nelle aree urbane e industriali lungo la
costa algerina.

Introduzione
Dust
da 4 a 10,000
Tg/Yr
SO 2, SO 4 2- , H2S
da 7.2 a 14
Tg/Yr (per
solfati)
Forcing radiativo stimato
dall’IPCC:
~ - 4 W/m 2 nel 1992
decremento in soli 4 anni a:
~ - 0.1 W/m 2
Eruzione del Mt. Pinatubo
Elevato tempo di residenza
(minor deposizione) se emessi
fino in stratosfera