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Influsso degli aerosol sul clima

Gli aerosol, chiamati anche polveri fini o PM (dall’inglese “particulate matter”) sono microscopiche particelle di sostanze liquide o solide, la cui dimensione varia da qualche nanometro a diverse centinaia di micrometri. Le concentrazioni di aerosol variano molto nello spazio e nel tempo. Queste particelle hanno tendenzialmente un effetto raffreddante sul clima in quanto riflettono nello spazio parte della radiazione solare incidente. Inoltre, gli aerosol entrano pure in gioco nei processi che portano alla formazione delle nuvole. Per questi motivi assumono un ruolo importante nell’ambito della ricerca sul clima.

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Gli aerosol sono particelle solide o liquide sospese nell'aria e provengono da processi naturali (erosione del suolo, spruzzi marini, incendi boschivi, vulcani, ecc.) o antropici (combustione di petrolio, gas, legno, agricoltura, traffico, ecc.) Sebbene siano dannose per la salute, sono l'unico elemento dell'atmosfera in grado di raffreddare il clima. A seconda della loro composizione chimica e delle loro dimensioni, gli aerosol riflettono la radiazione solare nello spazio, riducendo così le temperature al suolo.
Gli aerosol sono anche necessari per la formazione delle nuvole. Agiscono come "nuclei di condensazione": quando l'aria è satura di vapore acqueo, l'acqua si condensa sulla superficie degli aerosol formando goccioline. Queste goccioline crescono fino a formare una nube densa e a provocare precipitazioni. Se il numero di aerosol aumenta, le nuvole saranno composte da un numero maggiore di goccioline d'acqua, ma più piccole. Le nuvole saranno quindi più luminose e rifletteranno nello spazio una maggiore quantità di radiazione solare, che tende a raffreddare il clima per effetto indiretto degli aerosol. Questo porterà anche a una riduzione delle precipitazioni, poiché le gocce più piccole rimangono sospese nell'aria.

Nonostante un ampio margine di incertezza, è accettato dalla comunità scientifica che gli aerosol contribuiscano a ridurre il riscaldamento globale causato dai gas serra. Tuttavia, gli aerosol hanno una durata di vita molto breve, al massimo qualche settimana, mentre i gas serra possono rimanere nell'atmosfera fino a diverse migliaia di anni.
Effetto diretto degli aerosol sulla radiazione solare e influsso sulla formazione delle nuvole e delle precipitazioni.
Schema degli influssi degli aerosol sul clima.

Monitoraggio degli aerosol

L’obiettivo del programma internazionale Global Atmosphere Watch (GAW) è di rilevare, nel corso dei decenni, l’evoluzione temporale dell’inquinamento dell’aria dovuto agli aerosol e le loro caratteristiche in riferimento agli influssi sul clima. Il programma di monitoraggio è condotto dal laboratorio di chimica atmosferica del Paul Scherrer Institute (PSI). La stazione GAW è situata sullo Jungfraujoch (3580 m slm). Le osservazioni di questa stazione sono tra le più complete al mondo.

Considerata l’altezza dello Jungfraujoch, la stazione di misura si trova in parte nella troposfera libera. La troposfera è lo strato dell’atmosfera in cui avvengono la maggior parte dei fenomeni meteorologici. Essa si suddivide in strato limite terrestre – lo strato più basso dell’atmosfera, alimentato regolarmente dagli aerosol provenienti dai processi naturali e dalle attività umane – e la troposfera libera. Quest’ultima è per così dire staccata dallo strato limite. Gli aerosol sono trasportati verticalmente fino a raggiungere la troposfera libera. Perciò le concentrazioni degli aerosol sullo Jungfraujoch sono tipicamente inferiori che nelle basse zone abitate, situate nello strato limite terrestre.

Per tutti i parametri degli aerosol misurati, sullo Jungfraujoch è possibile osservare un anno caratteristico. Ciò è dovuto al trasporto verticale estivo dell’aria carica di aerosol dallo strato limite verso le montagne e la troposfera libera. In estate l’aria sopra l’Altopiano si riscalda e sale in quota perché è più leggera di quella fredda.
Grafico della serie di misure, rilevate dal 1995 al 2016, della concentrazione degli aerosol, del coefficiente di diffusione e del coefficiente di assorbimento.
Serie di misurazione delle concentrazioni di aerosol e delle proprietà ottiche sullo Jungfraujoch. Il coefficiente di diffusione (scattering coefficient) indica in che misura gli aerosol diffondono la radiazione solare. Un valore elevato equivale a una maggiore diffusione. Il coefficiente di assorbimento (absorption coefficient) mette in evidenza l’intensità con cui gli aerosol assorbono l’energia della radiazione solare riscaldando l’ambiente circostante. Un valore elevato indica un assorbimento intenso. Queste proprietà ottiche dipendono dalla composizione chimica degli aerosol e dalla loro concentrazione.
  • Rilevamento degli aerosol
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    Programma GAW
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    Ulteriori informazioni sui programmi di misura del Paul Scherrer Institute (PSI) (Inglese)

Carte du monde avec le réseau mondial des stations de mesure et leur évolution sur 10 ans codée en couleurs.
Tendances décadales de l’albédo de diffusion simplede toutes les stations VAG et IMPROVE ayant plus de 10 ans de mesure en 2018. Aucune tendance statistiquement significative n'a été trouvée pour les stations avec un symbole noir. Carte du monde avec le réseau mondial des stations de mesure et leur évolution sur 10 ans codée en couleurs.

Une analyse des tendances des coefficients de diffusion, d'absorption ainsi que du nombre de particules sur les 10-15 dernières années (Collaud Coen et al., 2020, Asmi et al., 2013) a montré globalement une nette diminution de la charge en aérosol presque partout dans le monde. L’albedo de diffusion simple est des paramètres les plus importants pour caractériser l’effet des aérosols sur le climat. L’augmentation de ce paramètre de 2009 à 2018, visible principalement en Europe de l’est, en Arctique et en Asie, signifie une augmentation de la capacité des aérosols à refroidir le climat. En Amérique du nord et en Europe de l’ouest, les normes anti-pollution visant à diminuer les effets délétaires des aérosols sur la santé ont pour effet collatéral de diminuer le pouvoir refroidissant des aérosols sur le climat. Une société décarbonnée est la solution optimale pour la santé publique et le climat.

Collaud Coen, M. et al.: Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world, Atmos. Chem. Phys., 20, 8867–8908, 2020. Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world”: https://doi.org/10.5194/acp-20-8867-2020

Asmi, A.; Collaud Coen, M.; Ogren, J. A.; Andrews, E.; Sheridan, P.; Jefferson, A.; Weingartner, E.; Baltensperger, U.; Bukowiecki, N.; Lihavainen, H.; Kivekäs, N.; Asmi, E.; Aalto, P. P.; Kulmala, M.; Wiedensohler, A.; Birmili, W.; Hamed, A.; O'Dowd, C.; G Jennings, S.; Weller, R.; Flentje, H.; Fjaeraa, A. M.; Fiebig, M.; Myhre, C. L.; Hallar, A. G.; Swietlicki, E.; Kristensson, A. and Laj, P. Aerosol decadal trends: Part 2: In-situ aerosol particle number concentrations at GAW and ACTRIS stations Atmos. Chem. Phys., 2013, 13, 895-916

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Furger, M., Nyeki, S., Prévôt, A.S.H., Steinbacher, M., and Baltensperger, U.: Aerosol climatology and planetary boundary influence at the Jungfraujoch analyzed by synoptic weather types, Atmos. Chem. Phys., 11, 5931-5944, 2011.

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Apituley, A., Ceburnis, D., Fierz-Schmidhauser, R., Flentje, H., Henzing, J. S., Jennings, S. G., Moerman, M., Petzold, A. and others: Minimizing light absorption measurement artifacts of the Aethalometer: evaluation of five correction algorithms, Atmos. Meas. Tech., 3, 457-474, 2010.

Ulteriori informazioni
  •
    The Jungfraujoch research station (Inglese)
  •
    Eventi di polveri sahariane
  •
    I valori attuali misurati sullo Jungfraujoch
  •
    Dati delle misurazioni dell'aerosol e di molti altri parametri, da scaricare (inglese)

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