השפעת האירוסולים על הרכב העננים והמשקעים – השלכות...

העננים הרכב על האירוסולים השפעתהארץ – גשמי לגבי אפשריות השלכות והמשקעים

רוזנפלד דניבירושלים העברית האוניברסיטה

Small CCN aerosols have been known for 50 years to slow down the conversion of cloud water to precipitation.

An experimental investigation of the effect of air pollution on the initiation of rainGunn and Phillips, 1957: Journal of the Atmospheric Sciences, 14, 272-280

Small droplets follow the airflow streamlines and bypass the falling drop

Large droplets collide with the falling drop

1 10 100U.V. I.R.Vis

MSG SEVIRI

VIS

EARTH (255K)

1.6

RA

DIA

NC

E

3.8

SUN (5780K)

8.7

12.010.8

13.4 CO2

7.3 Vapor

6.2 Vapor

0.8

F=T4

Lmax=2897/T

2.2

10 -10

10 -8

10 -6

10 -4

10 -2

100

0.1 1 10

waterice

Ima

gin

ary

Re

frac

tio

n In

dex

Wave Length [m]

VIS

0.9

10.812.0

AB

SO

RP

TIO

N

2.2

3.8

1.6

Scattering occurs on the drop surface, ~ radius2

Absorption occurs insideThe drop volume,

~radius3

Net reflectance~ Scattering / Absorption

~ radius2 / radius3

= 1/radius

Reflectance ~ Radius-1Definition ofEffective Radius (reff)of cloud droplets:

Sum of volumes / sum of surface areasof the droplets in the measured cloud volume

Infra-Red

Effective Cloud Drop Radius

0.8 m

3.7r m

10.8 m

Polluted Pristine

Suppression of Rain and Snow by Urban and Industrial Air Pollution(Rosenfeld, 2000, Science)

VIRS retrieved effective radius does not exceed the 14 m precipitation threshold in polluted clouds within area 2 in the Australia image.

0 5 10 15 20 25 30

-10

-5

0

5

reff

T [

oC

]

m]

12 3

15 20 25 30 35 40 450

1

2

3

4

Reflectivity [dBZ]

H [

km]

13

65

VIRS painting yellow pollution tracks in the clouds over South Australia, due to reduced droplets size. PR shows precipitation as white patches only outside the pollution tracks, although clouds have same depth.

TMI shows ample water in the polluted clouds

PR shows bright band in clean clouds. Therefore, pollution suppressed rain and snow in polluted clouds.

0.8 m

3.7r m

10.8 m

Growing Mature DissipatingHail

Rosenfeld et al., Science 2008

משמעות אפשרית לגבי גשמי הארץ

נוכחות של טיפונות קטנות יותר בענן מקטין את היכולת •להתלכד לכדי גודל טיפת הגשם או משקעי קרח ובשל

כך מאבד הענן מיכולת ההמטרה שלו.תופעה זו משמעותית יותר בעת תהליכי התפתחות •

המשקעים בעננות אורוגראפית- עננות רדודה וקצרת חיים, ובאה לידי ביטוי בהשלכותיה על תרומת

המשקעים הנמדדת באזורים המושפעים מזיהום האוויר. האטת קצב תהליכי ההתלכדות בעננות אורוגראפית •

מתבטאת בהפחתת כמות המשקעים הנמדדת על הקרקע

אופייני גשם ביום העננים מבנה

גליל גולן

יום גשם טיפוסי בצפון הארץ

מבנה העננים ביום גשם אופייני

Givati andבעבודתם של רוזנפלד וגבעתי )•Rosenfeld, 2004, 2009 ; Rosenfeld and

Givati, 2006 נבחנה תופעת דיכוי משקעים )אורוגראפיים על ידי אירוסולים מזהמים בישראל

ובמערב ארה"ב.שיטת העבודה הייתה בחינת מגמות במידת ההגברה •

האורוגראפית של המשקעים לאורך זמן. התוצאות הראו הפחתת משקעים באזורי ההר ביחס •

לאזורים הנמוכים במעלה הרוח. 15%ברמת הגולן הגשם פחת בשיעור של כ- •

(Givati and Rosenfeld, 2007 .)

עבודות קודמות

From Givati and Rosenfeld, WRR 2007

האם ההקטנה של הגשם האורוגראפי אכן נגרמה מהגדלת זיהום האוויר החלקיקי עם השנים או כתוצאה משינויים

סינופטיים?כשלב בדרך לתשובה נבדוק את רגישות הגשם האורוגראפי

למבנה המיקרופיסיקלי של העננים: השערת המחקר היא כי זיהום האוויר גורם להקטנת גודל טיפות הענן, וכי עננים המורכבים מטיפות קטנות יותר ממטירים בפחות יעילות.

Mountain

Actual rain vs.Modeled rain by WRF 1.3 km

Valley

- עמק הר יחס חישובהיחס היחס MARoחישוב בין וההבדל

: והמחושב המדודMARo = (Mm/Mv)/(Am/Av)

כאשר :•Mm. ההר- לתחנות המודל נתוני•Mv. העמק- לתחנות המודל נתוני•Am. ההר- לתחנות בפועל הגשם מדידות נתוני•Av. העמק – לתחנות בפועל מדידות נתוני

נשער שמידת ההמטרה של ענני ההר רגישה יותר לאירוסולים וגודל טיפות הענן מאשר ענני העמק. לכן בפועל היחס

Am/Av יקטן עם הקטנת גודל הטיפות. לעומת זאת המודל לא ישתנה. Mm/Mvאינו מתחשב בזיהום האוויר, ולכן היחס

הקטנת הטיפות תגדיל את ע"י Am/Avלסיכום, הקטנת MARo.

21.11.2007

T15 = -10°C; Ttop = -25°C

22.11.2004

T15 = -22°C; Ttop = -30°C

ממצאים ' פסגת טמפ בין הקשר

לבין :MAROהענן

הגברה • קיימת בהם בימיםשל מובהקת אורוגרפית

Am/Av > 1.5, MARO ' שטמפ ככל יותר גבוה הנו

יותר גבוהה הענן .פסגת

את • תופס אינו המודלההמטרה יעילות הקטנת

יותר ) Am/Avהנמוכהיותר( רדודים מעננים קטן

פסגה טמפרטורת עםיותר .גבוהה

- עמק הר יחס חישובהיחס היחס MARoחישוב בין וההבדל

: והמחושב המדודMARo = (Mm/Mv)/(Am/Av)

כאשר :•Mm. ההר- לתחנות המודל נתוני•Mv. העמק- לתחנות המודל נתוני•Am. ההר- לתחנות בפועל הגשם מדידות נתוני•Av. העמק – לתחנות בפועל מדידות נתוני

נשער שמידת ההמטרה של ענני ההר רגישה יותר לאירוסולים וגודל טיפות הענן מאשר ענני העמק. לכן בפועל היחס

Am/Av יקטן עם הקטנת גודל הטיפות. לעומת זאת המודל לא ישתנה. Mm/Mvאינו מתחשב בזיהום האוויר, ולכן היחס

הקטנת הטיפות תגדיל את ע"י Am/Avלסיכום, הקטנת MARo.

ממצאיםחלקיקי גודל בין הקשר

לבין :MAROהענן

הגברה קיימת בהם בימיםשל מובהקת אורוגרפית

Am/Av > 1.5 ,ככלקטנים הענן שחלקיקי

פי, על ,   T15יותר יותר קרפחות מייצרים העננים

ביחס אורוגראפית הגברהשמחושב, כפי למודל

- ה MAROבאמצעות . גדול היותר

סיכום

זיהום אוויר חלקיקי יכול להקטין את הגשם מעננים •רדודים ואורוגראפיים ע"י הקטנת גודל הטיפות ויעילות

התמזגותן לחלקיקי משקעים.נמצא כי גודל טיפות הענן בענני הגולן מסביר שונות •

בשגיאות הערכת הגשם של מודל ברזולוציה גבוהה שאינו לוקח בחשבון את האירוסולים.

הגשם האורוגראפי מועט יותר מחישובי המודל ככל •שטיפות הענן קטנות יותר וההמטרה פחות יעילה.

בגשמי 15%האם זה יכול להסביר את הירידה של •הגולן?