Spatially varying parameters in observed new particle formation events

Abstract

Aerosol particles affect the global climate due to its influence on the scattering and absorption of short-wave and long-wave radiation. The extent of the influence of aerosol particles on the climate varies a lot by time and space, and needs to be quantified. One of the most important natural sources of atmospheric particles is new particle formation (NPF). However, the contribution of NPF events on the aerosol concentrations in different regions need to be better quantified before they can be realistically described in climate models. This is of great interest due to the ongoing climate debate. Atmospheric NPF events are typically studied at stationary measurement sites, at which the observed changes in particle number concentration and size can be linked to both temporal and spatial changes in the particle formation and growth parameters, even though the spatial component is often neglected. The goal of this study is to examine how common the spatial variations in particle formation and growth parameters are, and how they affect the observed NPF events.
The method used to examine this was to first use an improved version of an existing model to simulate different NPF cases assuming spatially and/or temporally varying input parameters. From these simulations the “fingerprints” for the different parameter variations were identified. Thereafter we analyze 8 years of particle number size distribution data from measurement sites Pallas and Värriö, in Finnish Lapland, and compared the observations of NPF events to the fingerprints of the different variations in cases when the same air mass was observed at both sites.
Our results indicate that the beginning of the event is typically time dependent which could be explained by the diurnal evolution of a turbulent boundary layer. The end of the NPF event tends to be more typically dependent on location. In our observations in Northern Scandinavia this could be connected to the air mass arriving from sea to land or over the Scandinavian mountains. These findings indicate that the spatial variations of the particle formation and growth parameters cannot be neglected when analyzing NPF events.

Popular Abstract (Swedish)

Det globala klimatet påverkas av strålningsbalansen i atmosfären. Strålningsbalansen påverkas av ett antal faktorer och bland annat aerosolpartiklar. Hur stor påverkan aerosolpartiklarna har är osäkert och det är något som det forskas mycket om i nuläget. Partiklarna som finns i atmosfären har många olika källor, de kommer från bland annat industriell verksamhet, trafiken, vulkanutbrott men också från så kallade nypartikelbildningshändelser. Under en sådan händelse slås molekyler i luften samman och bildar partiklar som sedan växer i storlek. Detta fenomen är väldigt viktigt eftersom stora delar av alla moln uppstår från dessa partiklar och molnen i sig har stor påverkan på strålningsbalansen. Nypartikelbildning och tillväxten av dessa partiklar sker i olika områden och vid olika tidpunkter. Detta påverkar storleksfördelningen av partiklarna som mäts vid olika fältstationer och denna variation kan göra mätningarna svårtolkade. Målet med denna studie är att ta reda på hur vanligt det är med rumslig variation av bildningen och tillväxten av dessa nyskapade partiklar.
Detta gjordes genom att först förbättra en redan existerande modell så denna kunde simulera olika fall av nypartikelbildning där man antagit rumslig eller tidsenlig variation av inmatningen. Med dessa simuleringar identifierades olika ”fingeravtryck” som visade hur inmatningsparametrarna påverkade resultatet av nypartikelbildnings-händelserna. Därefter analyserades 8 år av data från mätstationerna Pallas och Värriö, i Finska Lappland, för att se hur vanligt det var med rumslig variation.
Vårt resultat indikerar att början av nypartikelbildningshändelserna är vanligtvis tidsberoende vilket kan förklaras av dygnsrytmen av atmosfärens gränsskikt. Slutet av nypartikelbildningshändelserna har en tendens att vara beroende av position snarare än tid. Denna upptäckt indikerar att man inte kan försumma rumslig variation av bildning och tillväxt av aerosolpartiklar.

• author: Carpman, Jimmie
• supervisor: Niku Kivekäs; Adam Kristensson
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Rumslig variation av parametrar i observerade nypartikelbildningshändelser
• course: NGEM01 20151
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Aerosol, aerosols, particle, modeling, new particle formation, NPF, climate, coagulation, dry deposition, CCN, banana, distribution, number size distribution, spatial variation, spatial
• publication/series: Student thesis series INES
• report number: 349
• language: English
• additional info: External supervisor: Niku Kivekäs, Atmospheric Composition Research, Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland
• id: 5473054
• date added to LUP: 2015-06-17 12:56:29
• date last changed: 2015-06-18 14:04:26