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Modellistica dello scattering da polveri e radiometria solare per aerosol (OR 8) Mauro Mazzola, Claudio Tomasi, Vito Vitale, Monica Campanelli, Christian.

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1 Modellistica dello scattering da polveri e radiometria solare per aerosol (OR 8) Mauro Mazzola, Claudio Tomasi, Vito Vitale, Monica Campanelli, Christian Lanconelli, Angelo Lupi, Elena Benedetti, Boyan Petkov Istituto di Scienze dellAtmosfera e del Clima, ISAC-CNR, Bologna LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005

2 OBIETTIVI Caratterizzazione delle proprietà ottiche degli aerosol presenti in atmosfera attraverso misure in campo e studi modellistici. ATTIVITÀ PREVISTE Preparazione delle campagne di misura: m essa a punto della strumentazione per misure colonnari e in-situ (controllo costanti strumentali fotometri e radiometri solari, calibrazione nefelometro e PSAP). Campagne di misura sia in aree urbane che rurali. Analisi dei dati: determinazione dei parametri fisici della popolazione di particelle attraverso tecniche di inversione, confronto tra dati colonnari e al suolo. Valutazione degli effetti radiativi del materiale particolato di diversa origine, studio delle variazioni stagionali e della dipendenza dalle caratteristiche atmosferiche e di riflettivit à superficiale.

3 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 PROPRIETÀ FISICHE DEGLI AEROSOL Indice di rifrazione complesso m= n + i k (composizione chimica) Distribuzione dimensionale dN(r)/dlog(r) (origine delle particelle) PROPRIETÀ OTTICHE DEGLI AEROSOL Coefficienti di scattering ed assorbimento Funzione di fase Spessore ottico Inversione

4 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA Fotometri solari multispettrali, lASP- 15WL e lIR-RAD, costruiti entrambi presso lISAC-CNR di Bologna, per determinare i valori di AOD nel visibile ed IR, lacqua precipitabile e la sky-brightness a diverse distanze angolari dal Sole in almucantar (Vitale et al., Tellus, 2000; Tomasi et al., Tellus, 2000) (foto). Sky-radiometers (PREDE POM-01L e CIMEL CE-318) per effettuare misure spettrali dirradianza solare diretta e di sky-brightness dalle quali determinare i valori di AOD, funzione di fase e single-scattering albedo dellaerosol colonnare (Tonna et al., Appl. Opt., 1995; Nakajima et al., Appl. Opt., 1996).

5 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 Nefelometri (M903 della Radiance Research) per misurare il coefficiente di scattering dellaerosol (foto). Viene misurata la radiazione diffusa dal campione, illuminato da una sorgente nota. Particle soot/absorption photometers (PSAP della Radiance Research) per misurare il coefficiente di assorbimento dellaerosol. Il calcolo del coefficiente di assorbimento si basa sulla variazione di trasmittanza del filtro, dovuta allinserimento di un campione di aria contenente laerosol. STRUMENTAZIONE UTILIZZATA Radiometri multispettrali a banda rotante shadowband (MFR-7 della YES) per determinare le componenti globale e diffusa della radiazione solare dentro differenti intervalli spettrali e sullintero range da 0.3 – 1.0 m (foto)

6 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 Bologna (35 m slm) San Pietro Capofiume (9 m slm) al centro della pianura emiliana, 25 km a Nord-Est di Bologna Monte Cimone (2165 m. slm), circa 50 km a Sud-Ovest da Bologna (sito di calibrazione) Roma Tor Vergata, ISAC-CNR. STAZIONI DI MISURA

7 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 ANALISI DEI DATI Le serie spettrali di AOD ottenute vengono analizzate utilizzando metodi dinversione (King 1982) e le stime dellindice di rifrazione dellaerosol colonnare ricavate dalle misure di sky-brightness da radiometro solare. Si ottengono in questo modo le distribuzioni dimensionali dellaerosol.

8 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 Confronto tra valori della parte reale (in alto) e della parte immaginaria (in basso) dellindice di rifrazione dellaerosol colonnare sopra Torvergata, determinati simultaneamente a tre lunghezze donda nella giornata del 3 aprile 2001, usando il codice Skyrad 4 su dati PREDE e il codice di Dubovik su dati CIMEL. ANALISI DEI DATI

9 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 ANALISI DEI DATI Andamento temporale delle distribuzioni dimensionali del volume di aerosol colonnare misurate a Roma (PREDE) e Torvergata (CIMEL), durante il periodo dal 26 al 30 maggio 2001.

10 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 La valutazione del forcing radiativo diretto indotto dagli aerosol può essere fatta solo conoscendo in modo completo le proprietà radiative e i parametri di distribuzione e concen- trazione degli aerosol in atmosfera. F F rappresenta la variazione indotta dallaerosol colonnare nel flusso uscente di radiazione ad onda corta al TOA: le valutazioni in alto si riferiscono ad una superficie marina (albedo superficiale < 0.05), quelle in basso ad una superficie continentale coperta da vegetazione (albedo superficiale eguale a 0.20 circa). cooling warming VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI RADIATIVI DIRETTI

11 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 CLOSURE CON DATI DA SATELLITE Le procedure illustrate forniscono un utile strumento per la validazione delle misure da satellite. Daltro canto questultime forniscono le proprietà di aerosol (AOD, tipologia) e superficie (riflettività) con una copertura continua e su scala globale. Nella figura a lato lo spessore ottico degli aerosol ottenuto dal sensore MISR/Terra (NASA) in due differenti giornate di misura. In basso la distribuzione % su un mese di misure (Feb 03).

12 LaRIA Kick Off, 21 luglio 2005 RISULTATI ATTESI Caratterizzazione stagionale delle proprietà ottiche e fisiche delle particelle di aerosol in ambiente urbano e rurale: impatto dellattività antropica. Evoluzione stagionale delleffetto radiativo diretto dellaerosol, in ambienti a diversa riflettività superficiale. Closure con misure satellitari (OR 13).


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