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Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/2021 and impact on ozone depletion

Ohneiser, Kevin und Ansmann, Albert und Kaifler, Bernd und Chudnovsky, Alexandra und Barja, Boris und Knopf, D. A. und Kaifler, Natalie und Baars, Holger und Seifert, Patric und Villanueva, Diego und Jimenez, Cristofer und Radenz, Martin und Engelmann, Ronny und Veselovskii, Igor und Zamorano, Félix (2022) Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/2021 and impact on ozone depletion. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 22 (11), Seiten 7417-7442. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-22-7417-2022. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
15MB

Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/22/7417/2022/

Kurzfassung

Record-breaking wildfires raged in southeastern Australia in late December 2019 and early January 2020. Rather strong pyrocumulonimbus (pyroCb) convection developed over the fire areas and lofted enormous amounts of biomass burning smoke into the tropopause region and caused the strongest wildfire-related stratospheric aerosol perturbation ever observed around the globe. We discuss the geometrical, optical, and microphysical properties of the stratospheric smoke layers and the decay of this major stratospheric perturbation. A multiwavelength polarization Raman lidar at Punta Arenas (53.2∘ S, 70.9∘ W), southern Chile, and an elastic backscatter Raman lidar at Río Grande (53.8∘ S, 67.7∘ W) in southern Argentina, were operated to monitor the major record-breaking event until the end of 2021. These lidar measurements can be regarded as representative for mid to high latitudes in the Southern Hemisphere. A unique dynamical feature, an anticyclonic, smoke-filled vortex with 1000 km horizontal width and 5 km vertical extent, which ascended by about 500 m d−1, was observed over the full last week of January 2020. The key results of the long-term study are as follows. The smoke layers extended, on average, from 9 to 24 km in height. The smoke partly ascended to more than 30 km height as a result of self-lofting processes. Clear signs of a smoke impact on the record-breaking ozone hole over Antarctica in September–November 2020 were found. A slow decay of the stratospheric perturbation detected by means of the 532 nm aerosol optical thickness (AOT) yielded an e-folding decay time of 19–20 months. The maximum smoke AOT was around 1.0 over Punta Arenas in January 2020 and thus 2 to 3 orders of magnitude above the stratospheric aerosol background of 0.005. After 2 months with strongly varying smoke conditions, the 532 nm AOT decreased to 0.03-0.06 from March–December 2020 and to 0.015–0.03 throughout 2021. The particle extinction coefficients at 532 nm were in the range of 10–75 Mm−1 in January 2020 and, later on, mostly between 1 and 5 Mm−1. Combined lidar–photometer retrievals revealed typical smoke extinction-to-backscatter ratios of 69 ± 19 sr (at 355 nm), 91 ± 17 sr (at 532 nm), and 120 ± 22 sr (at 1064 nm). An ozone reduction of 20 %–25 % in the 15–22 km height range was observed over Antarctica and New Zealand ozonesonde stations in the smoke-polluted air, with particle surface area concentrations of 1–5 µm2 cm−3.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186826/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/2021 and impact on ozone depletion
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ohneiser, KevinLeibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS), Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ansmann, AlbertLeibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS), Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-9196-4969NICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5891-242XNICHT SPEZIFIZIERT
Chudnovsky, AlexandraPorter School of Earth Sciences and Environment, Tel Aviv University, Tel Aviv, IsraelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barja, BorisAtmospheric Research Laboratory, University of Magallanes, Punta Arenas, Chilehttps://orcid.org/0000-0002-8600-0815NICHT SPEZIFIZIERT
Knopf, D. A.School of Marine and Atmospheric Sciences, Stony Brook University, Stony Brook, NY 11794-5000, USAhttps://orcid.org/0000-0001-7732-3922NICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, NatalieDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-3118-6480NICHT SPEZIFIZIERT
Baars, HolgerTROPOS, Leipzighttps://orcid.org/0000-0002-2316-8960NICHT SPEZIFIZIERT
Seifert, PatricLeibniz Institute for Tropospheric Research, Leipzighttps://orcid.org/0000-0002-5626-3761NICHT SPEZIFIZIERT
Villanueva, DiegoLeibniz Institute for Tropospheric Research, Leipzighttps://orcid.org/0000-0003-3673-5706NICHT SPEZIFIZIERT
Jimenez, CristoferTROPOS, Leipzighttps://orcid.org/0000-0002-2776-0339NICHT SPEZIFIZIERT
Radenz, MartinTROPOS, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-7771-033XNICHT SPEZIFIZIERT
Engelmann, RonnyTROPOS, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-4225-9961NICHT SPEZIFIZIERT
Veselovskii, IgorProkhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zamorano, FélixAtmospheric Research Laboratory, University of Magallanes, Punta Arenas, ChileNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 Juni 2022
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:22
DOI:10.5194/acp-22-7417-2022
Seitenbereich:Seiten 7417-7442
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lidar, stratospheric aerosol, wildfire, Australia
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Kaifler, Dr. Natalie
Hinterlegt am:13 Jun 2022 09:20
Letzte Änderung:13 Jun 2022 09:20

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