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Enregistrement W4404114873 · doi:10.5194/gmd-17-7767-2024

A fully coupled solid-particle microphysics scheme for stratospheric aerosol injections within the aerosol–chemistry–climate model SOCOL-AERv2

2024· article· en· W4404114873 sur OpenAlexaff
Sandro Vattioni, Rahel Weber, Aryeh Feinberg, Andrea Stenke, J. A. Dykema, Beiping Luo, Georgios A. Kelesidis, Christian A. Bruun, Timofei Sukhodolov, Frank N. Keutsch, Thomas Peter, Gabriel Chiodo

Notice bibliographique

RevueGeoscientific model development · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueClimate Change and Geoengineering
Établissements canadiensInstitute of Particle Physics
Organismes subventionnairesEidgenössische Technische Hochschule ZürichScience Foundation IrelandSimons FoundationSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésAerosolAtmospheric sciencesEnvironmental scienceMeteorologyParticle (ecology)StratosphereClimate modelAtmospheric chemistryClimatologyPhysicsOzoneClimate changeGeologyOceanography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Recent studies have suggested that injection of solid particles such as alumina and calcite particles for stratospheric aerosol injection (SAI) instead of sulfur-based injections could reduce some of the adverse side effects of SAI such as ozone depletion and stratospheric heating. Here, we present a version of the global aerosol–chemistry–climate model SOCOL-AERv2 and the Earth system model (ESM) SOCOLv4 which incorporate a solid-particle microphysics scheme for assessment of SAI of solid particles. Microphysical interactions of the solid particle with the stratospheric sulfur cycle were interactively coupled to the heterogeneous chemistry scheme and the radiative transfer code (RTC) for the first time within an ESM. Therefore, the model allows simulation of heterogeneous chemistry at the particle surface as well as feedbacks between microphysics, chemistry, radiation and climate. We show that sulfur-based SAI results in a doubling of the stratospheric aerosol burden compared to the same mass injection rate of calcite and alumina particles with a radius of 240 nm. Most of the sulfuric acid aerosol mass resulting from SO2 injection does not need to be lifted to the stratosphere but is formed after in situ oxidation and subsequent water uptake in the stratosphere. Therefore, to achieve the same radiative forcing, larger injection rates are needed for calcite and alumina particle injection than for sulfur-based SAI. The stratospheric sulfur cycle would be significantly perturbed, with a reduction in stratospheric sulfuric acid burden by 53 %, when injecting 5 Mt yr−1 (megatons per year) of alumina or calcite particles of 240 nm radius. We show that alumina particles will acquire a sulfuric acid coating equivalent to about 10 nm thickness if the sulfuric acid is equally distributed over the whole available particle surface area in the lower stratosphere. However, due to the steep contact angle of sulfuric acid on alumina particles, the sulfuric acid coating would likely not cover the entire alumina surface, which would result in available surface for heterogeneous reactions other than the ones on sulfuric acid. When applying realistic uptake coefficients of 1.0, 10−5 and 10−4 for H2SO4, HCl and HNO3, respectively, the same scenario with injections of calcite particles results in 94 % of the particle mass remaining in the form of CaCO3. This likely keeps the optical properties of the calcite particles intact but could significantly alter the heterogeneous reactions occurring on the particle surfaces. The major process uncertainties of solid-particle SAI are (1) the solid-particle microphysics in the injection plume and degree of agglomeration of solid particles on the sub-ESM grid scale, (2) the scattering properties of the resulting agglomerates, (3) heterogeneous chemistry on the particle surface, and (4) aerosol–cloud interactions. These uncertainties can only be addressed with extensive, coordinated experimental and modelling research efforts. The model presented in this work offers a useful tool for sensitivity studies and incorporating new experimental results on SAI of solid particles.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,040
Score d'incertitude au seuil0,080

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

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.

Tête enseignante Opus0,025
Tête enseignante GPT0,249
Écart entre enseignants0,224 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations10
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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