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Multi-model study of chemical and physical controls on transport of anthropogenic and biomass burning pollution to the Arctic

Monks, S. A. und Arnold, S.R. und Emmons, L. K. und Law, K. S. und Turquety, S. und Duncan, Bryan N. und Flemming, J. und Huijnen, V. und Tilmes, S. und Langner, J. und Mao, J. und Long, Y. und Thomas, J.L. und Steenrod, S.D. und Raut, J.C. und Wilson, C. und Chipperfield, Martyn P. und Diskin, G. S. und Weinheimer, A.J. und Schlager, Hans und Ancellet, G. (2015) Multi-model study of chemical and physical controls on transport of anthropogenic and biomass burning pollution to the Arctic. Atmospheric Chemistry and Physics (15), Seiten 3575-3603. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-15-3575-2015. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: http://www.atmos-chem-phys.net/15/3575/2015/

Kurzfassung

Using observations from aircraft, surface stations and a satellite instrument, we comprehensively evaluate multi-model simulations of carbon monoxide (CO) and ozone (O3) in the Arctic and over lower latitude emission regions, as part of the POLARCAT Model Intercomparison Project (POLMIP). Evaluation of 11- atmospheric models with chemistry shows that they generally underestimate CO throughout the Arctic troposphere, with the largest biases found during winter and spring. Negative CO biases are also found throughout the Northern Hemisphere, with multi-model mean gross errors (9–12 %) suggesting models perform similarly over Asia, North America and Europe. A multi-model annual mean tropospheric OH (10.8 ± 0.6 × 105 molec cm−3) is found to be slightly higher than previous estimates of OH constrained by methyl chloroform, suggesting negative CO biases in models may be improved through better constraints on OH. Models that have lower Arctic OH do not always show a substantial improvement in their negative CO biases, suggesting that Arctic OH is not the dominant factor controlling the Arctic CO burden in these models. In addition to these general biases, models do not capture the magnitude of CO enhancements observed in the Arctic free troposphere in summer, suggesting model errors in the simulation of plumes that are transported from anthropogenic and biomass burning sources at lower latitudes. O3 in the Arctic is also generally underestimated, particularly at the surface and in the upper troposphere. Summer O3 comparisons over lower latitudes show several models overestimate upper tropospheric concentrations. Simulated CO, O3 and OH all demonstrate a substantial degree of inter-model variability. Idealised CO-like tracers are used to quantitatively compare the impact of inter-model differences in transport and OH on CO in the Arctic troposphere. The tracers show that model differences in Transport from Europe in winter and from Asia throughout the year are important sources of model variability at Barrow. Unlike transport, inter-model variability in OH similarly affects all regional tracers at Barrow. Comparisons of fixed-lifetime and OH-loss idealised CO-like tracers throughout the Arctic troposphere show that OH differences are a much larger source of inter-model variability than transport differences. Model OH concentrations are correlated with H2O concentrations, suggesting water vapour concentrations are linked to differences in simulated concentrations of CO and OH at high latitudes in these simulations. Despite inter-model differences in transport and OH, the relative contributions from the different source regions (North America, Europe and Asia) and different source types (anthropogenic and biomass burning) are comparable across the models. Fire emissions from the boreal regions in 2008 contribute 33, 43 and 19 % to the total Arctic CO-like tracer in spring, summer and autumn, respectively, highlighting the importance of boreal fire emissions in controlling pollutant burdens in the Arctic.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135005/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-model study of chemical and physical controls on transport of anthropogenic and biomass burning pollution to the Arctic
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Monks, S. A.Univ. of Leeds, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arnold, S.R.Univ. of Leeds, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Emmons, L. K.NCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Law, K. S.CNRS/INSU, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Turquety, S.Univ. Paris 06, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Duncan, Bryan N.NASA Goddard, Greenbelt, MD, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Flemming, J.ECMWF, Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Huijnen, V.KNMI, de Bilt, NiederlandeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tilmes, S.NCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Langner, J.SMHI, Norrköping, SchwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mao, J.Princeton Univ., NJ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Long, Y.Univ. Paris 06, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, J.L.LATMOS-IPSL, UPMC Univ. Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steenrod, S.D.NASA Goddard, Greenbelt, MD, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raut, J.C.CNRS/INSU, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilson, C.Univ. of Leeds, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chipperfield, Martyn P.Univ. of Leeds, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Diskin, G. S.NASA Langley Research Center, Hampton, VI, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weinheimer, A.J.NCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlager, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ancellet, G.CNRS/INSU, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:31 März 2015
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.5194/acp-15-3575-2015
Seitenbereich:Seiten 3575-3603
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Biomass burning, long-range transport, Arctic
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Yilmaz, Yasemin
Hinterlegt am:20 Mai 2020 15:03
Letzte Änderung:20 Mai 2020 15:03

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