Наблюдения за дымом от лесных пожаров помогают оценить роль сажи в изменении климата

Новое исследование, уточняющее количество солнечного света, поглощаемого чёрным углеродом в дыме от лесных пожаров, устранит давнее слабое место в моделях земной системы, обеспечив более точный прогноз глобального изменения климата.

«Чёрный углерод, или сажа, — второй по силе воздействия на потепление климата агент после CO₂ и метана, несмотря на короткое время жизни в недели, но его влияние в климатических моделях всё ещё крайне неопределённо», — заявил Джеймс Ли, климатолог из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе и ведущий автор нового исследования в Geophysical Research Letters. «Наша работа устранит эту неопределённость».

Исследование разрешает давнее несоответствие между наблюдениями количества света, поглощаемого чёрным углеродом в дыме, и прогнозами моделей, связанное с тем, как сажа смешивается с другими материалами, такими как конденсированные органические аэрозоли в шлейфах. Команда использовала лабораторный комплекс CAFÉ для отбора проб дыма от нескольких пожаров на западе США за два лета, включая пожар «Медио» в Нью-Мексико в 2020 году и старые шлейфы из Калифорнии и Аризоны.

«Мы обнаружили систематическую зависимость между увеличением эффективности поглощения света сажей с её возрастом и ростом органических оболочек», — пояснил Манвендра Дубе, директор CAFÉ. Это открытие точно описывает сложные размеры и структуру сажи, которые в моделях лишь приблизительны. «Мы стремимся включить это в климатические модели для надёжной оценки потепления от сажи лесных пожаров, особенно в Арктике, которая нагревается в четыре раза быстрее глобального уровня».

Неопределённость частично проистекает из-за недостаточного понимания того, как светоотражающие и поглощающие свойства чёрного углерода меняются по мере его старения и сложных химических превращений в атмосфере. Органические аэрозоли, конденсируясь вокруг частиц сажи, могут фокусировать на них свет, усиливая поглощение. Современные климатические модели идеализируют это состояние смеси, переоценивая поглощение излучения, что приводит к большим погрешностям.

Команда из Лос-Аламоса проанализировала 60 миллионов частиц дыма, собранных с 10-метровой вышки CAFÉ. Этот метод позволил учесть вариации толщины органической оболочки на каждой частице — упускаемый ранее фактор. Используя эмпирические данные, команда определила поглощение света каждой частицей, а затем и общее поглощение шлейфов. Их результаты совпали с независимыми измерениями, в отличие от моделей с идеализированными частицами.

Исследователи установили, что усиление поглощения чёрным углеродом можно предсказать по простому соотношению массы оболочки к объёму сажи в шлейфе. Это соотношение можно внедрить в сложные модели земных систем для определения климатического воздействия чёрного углерода без огромных вычислительных затрат. Команда CAFÉ уже сотрудничает с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией для включения проверенных параметризаций в модель E3SM Министерства энергетики США.