Black carbon aerosols and Arctic climate

Menneskeskapte klimaendringer skyldes først og fremst økende CO2-utslipp, men andre komponenter bidrar også. Sotpartikler som slippes ut fra forbrenning, varmer opp klimaet ved å absorbere sollys. Når sot avsettes på snø og is, endres bakkealbedoen. Den nye, mørkere overflaten kan absorbere mer sollys, og dermed varme opp overflaten ytterligere. Arktis er derfor spesielt følsomt for sotpartikler. Reduksjon av utslipp av sotpartikler har potensiale til både å dempe oppvarmingen raskt, og samtidig forbedre luftkvaliteten. Dette har ført til bred nasjonal og internasjonal innsats for å fremme tiltak for å redusere sotutslipp, slik som den internasjonale Climate and Clean Air Coalition, kunngjort av det amerikanske utenriksdepartementet i 2012. Å kvantifisere virkningen av slike klimatiltak er usikker. Vi vet ikke sikkert hvor mye sot som slippes ut fra ulike sektorer, hvordan sotpartikler transporteres til Arktis, og hvordan sot absorberer sollys, påvirker skyer, og legger seg på snø og is. Sotpartikler slippes heller ikke ut alene. Sulfatforbindelser og organisk karbon, som har en avkjølende effekt på klimaet, slippes ofte ut samtidig. Totaleffekten av et utslippskutt vil derfor avhenge av hvor mye sot det er i forhold til andre partikler. BlackArc-prosjektets mål er å redusere usikkerhetene i modelleringen av sotpartikler og å forbedre vår forståelse av klimaeffekten av sot i Arktis. Dette kan brukes som et grunnlag for formulering av effektive utslippsreduserende tiltak av sotpartikler. Å kvantifisere virkningen av klimatiltak krever modeller med høy nøyaktighet. I to av studiene i BlackArc prosjektet har vi dokumentert hvordan de fremste klimamodellene på partikler simulerer transport av sotpartikler og andre partikler til Arktis (og Antarktis) sammenliknet med bakkeobservasjoner og satellitter. Simuleringene er tilgjengelige i AeroCom-prosjektet, der 16 modeller har bidratt. Modellene simulerer et positivt strålingspådriv om våren i Arktis, da sola kommer til syne og det fortsatt er mye snø og is igjen etter vinteren. Dette positive strålingspådrivet domineres av sotpartikler. Sammenliknet med tilgjengelige observasjoner i Arktis, viser de 16 modellene stor spredning i sesongvariasjonen av partikler i Arktis, men modellmiddelet ligger tett opp mot observasjonene. En prosess som ble fremhevet som svært viktig for å kunne simulere korrekt transport av sotpartikler i modeller, er våtavsetning fra nedbør. I et av studiene i dette projektet har vi kvantifisert en rekke ulike sotutslipp og hvordan de påvirker bakketemperaturen i Arktis. Utslippene har blitt delt opp i sektorer slik som industri, transport, matlaging, skogbranner og fakling, og fordelt på ulike land og regioner relevant for Arktis Råd. Beregningene har blitt gjort med 4 ulike modeller med de nyeste utslippsestimatene for sotpartikler og annen forurensing, slik som svovel og organiske forbindelser. Grunnen til at vi brukte 4 ulike modeller var å ta hensyn til modell-usikkerheten. Vi fant at det største bidraget til økt bakketemperatur fra disse utslippene var fra matlaging og annen innendørsforurensning i Sørøst-Asia. Disse utslippene er også størst i total mengde sot. På den annen side beregnet vi at Arktis er mest sensitivt (per kg utslipp) til sektorer lenger nord, slik som fakling i Russland. Disse utslippene transporteres inn i Arktis ved lavere høyder, og påvirker derfor bakketemperaturen mer direkte. Disse sensitivitetskoeffisientene per sektor og land ligger nå fritt tilgjengelig på nett, slik at de kan brukes videre med nye utslippsestimater.

Prosjektet har bidratt til økt kunnskap om hvordan utslipp av sotpartikler fra kilder langt unna Arktis kan påvirke klimaet i Arktis. I prosjektet har vi beregnet hvilke utslipp som gir størst oppvarming i Arktis, og vi har laget en tabell for temperaturendrng per utslipp for en rekke utslippskategorier. Disse koeffisientene ligger fritt tilgjengelig på nett. Dataene har blant annet blitt brukt av Environmental Protection Agency i USA for å beregne klimaeffekten i Arktis av ulike utslippstiltak. Koeffisientene vil også danne grunnlaget for utslippsberegninger i neste AMAP-rapport for kortlevde klimadrivere. Dette mobilitetsstipendet har vært sentralt for prosjektleders nettverksbygging rundt fagmiljøer i USA. Arbeidet i prosjektet er relevant for organisasjonen Air Pollution in the Arctic: Climate, Environment and Societies (PACES) og prosjektleder skal arrangere neste PACES konferanse i Oslo. Et mål for PACES er å knytte tettere bånd mellom ulike fagmiljøer som jobber med Arktis.

How do Black Carbon (BC) aerosols influence Arctic climate change? The outcome of the BlackArc project is to reduce the uncertainty in modelling BC and to better constrain the climate impact of BC with an Arctic focus. The ultimate goal is to provide foundation for meaningful mitigation options for BC. BlackArc consists of 4 main objectives: 1.Identify which countries and emissions sectors that are the main contributors to Arctic climate change by BC and co-emitted species. 2.Improve parameterizations in the models to reduce bias in modelled BC concentrations. 3.Quantify the impact of the aerosol mixing state on the absorption per mass of BC. 4.Classify how the forcing by BC in different part of the atmosphere (latitudinally and vertically) contribute to Arctic warming. These objectives will be investigated in detail by comparing NorESM with the NASA GISS model coupled to an advanced aerosol microphysics module (MATRIX) and new field measurement campain data from the TCAP campaign provided by NASA GISS.