The evolution of biomass-burning aerosol size distributions due to coagulation: dependence on fire and meteorological details and parameterization
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Biomass-burning aerosols have a significant effect on global and regional aerosol climate forcings. To model the magnitude of these effects accurately requires knowledge of the size distribution of the emitted and evolving aerosol particles. Current biomass-burning inventories do not include size distributions, and global and regional models generally assume a fixed size distribution from all biomass-burning emissions. However, biomass-burning size distributions evolve in the plume due to coagulation and net organic aerosol (OA) evaporation or formation, and the plume processes occur on spacial scales smaller than global/regional-model grid boxes. The extent of this size-distribution evolution is dependent on a variety of factors relating to the emission source and atmospheric conditions. Therefore, accurately accounting for biomass-burning aerosol size in global models requires an effective aerosol size distribution that accounts for this sub-grid evolution and can be derived from available emission-inventory and meteorological parameters. In this paper, we perform a detailed investigation of the effects of coagulation on the aerosol size distribution in biomass-burning plumes. We compare the effect of coagulation to that of OA evaporation and formation. We develop coagulation-only parameterizations for effective biomass-burning size distributions using the SAM-TOMAS large-eddy simulation plume model. For the most-sophisticated parameterization, we use the Gaussian Emulation Machine for Sensitivity Analysis (GEM-SA) to build a parameterization of the aged size distribution based on the SAM-TOMAS output and seven inputs: emission median dry diameter, emission distribution modal width, mass emissions flux, fire area, mean boundary-layer wind speed, plume mixing depth, and time/distance since emission. This parameterization was tested against an independent set of SAM-TOMAS simulations and yields R2 values of 0.83 and 0.89 for Dpm and modal width, respectively. The size distribution is particularly sensitive to the mass emissions flux, fire area, wind speed, and time, and we provide simplified fits of the aged size distribution to just these input variables. The simplified fits were tested against 11 aged biomass-burning size distributions observed at the Mt. Bachelor Observatory in August 2015. The simple fits captured over half of the variability in observed Dpm and modal width even though the freshly emitted Dpm and modal widths were unknown. These fits may be used in global and regional aerosol models. Finally, we show that coagulation generally leads to greater changes in the particle size distribution than OA evaporation/formation does, using estimates of OA production/loss from the literature.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».