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Air quality and radiative impacts of Arctic shipping emissions in the summertime in northern Norway: from the local to the regional scale

Marelle, L. und Thomas, Jennie und Raut, Jean-Christophe und Law, K. S. und Jalkanen, Jukka-Pekka und Johansson, Lasse und Roiger, Anke und Schlager, Hans und Kim, Jin und Reiter, Anja und Weinzierl, Bernadett (2016) Air quality and radiative impacts of Arctic shipping emissions in the summertime in northern Norway: from the local to the regional scale. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 16, Seiten 2359-2379. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-16-2359-2016. ISSN 1680-7316.

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Offizielle URL: http://www.atmos-chem-phys.net/16/2359/2016/

Kurzfassung

In this study, we quantify the impacts of shipping pollution on air quality and shortwave radiative effect in northern Norway, using WRF-Chem (Weather Research and Forecasting with chemistry) simulations combined with high-resolution, real-time STEAM2 (Ship Traffic Emissions Assessment Model version 2) shipping emissions. STEAM2 emissions are evaluated using airborne measurements from the ACCESS (Arctic Climate Change, Economy and Society) aircraft campaign, which was conducted in the summer 2012, in two ways. First, emissions of nitrogen oxides (NOx) and sulfur dioxide (SO2) are derived for specific ships by combining in situ measurements in ship plumes and FLEXPART-WRF plume dispersion modeling, and these values are compared to STEAM2 emissions for the same ships. Second, regional WRF-Chem runs with and without STEAM2 ship emissions are performed at two different resolutions, 3 km  ×  3 km and 15 km  ×  15 km, and evaluated against measurements along flight tracks and average campaign profiles in the marine boundary layer and lower troposphere. These comparisons show that differences between STEAM2 emissions and calculated emissions can be quite large (−57 to +148 %) for individual ships, but that WRF-Chem simulations using STEAM2 emissions reproduce well the average NOx, SO2 and O3 measured during ACCESS flights. The same WRF-Chem simulations show that the magnitude of NOx and ozone (O3) production from ship emissions at the surface is not very sensitive (< 5 %) to the horizontal grid resolution (15 or 3 km), while surface PM10 particulate matter enhancements due to ships are moderately sensitive (15 %) to resolution. The 15 km resolution WRF-Chem simulations are used to estimate the regional impacts of shipping pollution in northern Norway. Our results indicate that ship emissions are an important source of pollution along the Norwegian coast, enhancing 15-day-averaged surface concentrations of NOx ( ∼  +80 %), SO2 ( ∼  +80 %), O3 ( ∼  +5 %), black carbon ( ∼  +40 %), and PM2.5 ( ∼ +10 %). The residence time of black carbon originating from shipping emissions is 1.4 days. Over the same 15-day period, ship emissions in northern Norway have a global shortwave (direct + semi-direct + indirect) radiative effect of −9.3 m Wm−2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/103505/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Air quality and radiative impacts of Arctic shipping emissions in the summertime in northern Norway: from the local to the regional scale
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Marelle, L.UPMC Univ. Paris 06, Université Versailles St-Quentin, CNRS/INSU, UMR8190, LATMOS-IPSL, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, JennieUPMC Univ. Paris 06, Université Versailles St-Quentin, CNRS/INSU, UMR8190, LATMOS-IPSL, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raut, Jean-ChristopheUPMC Univ. Paris 06, Université Versailles St-Quentin, CNRS/INSU, UMR8190, LATMOS-IPSL, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Law, K. S.UPMC Univ. Paris 06, Université Versailles St-Quentin, CNRS/INSU, UMR8190, LATMOS-IPSL, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jalkanen, Jukka-PekkaFinnish Meteorological Institute, Helsinki, FinlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johansson, LasseFinnish Meteorological Institute, Helsinki, FinlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roiger, AnkeDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlager, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, JinDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reiter, AnjaDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weinzierl, BernadettDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 Februar 2016
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.5194/acp-16-2359-2016
Seitenbereich:Seiten 2359-2379
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Arctic, air pollution, ship emissions, radiative forcing
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Verkehrsentwicklung und Umwelt II (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Roiger, Anke-Elisabeth
Hinterlegt am:22 Mär 2016 19:00
Letzte Änderung:22 Jun 2023 10:32

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