Osservazioni di nubi stratosferiche polari in Antartide.

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Giorgina Piccolo
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1 Osservazioni di nubi stratosferiche polari in Antartide. Marcel Snels, Luca Di Liberto, Francesco Cairo, Federico Angelini, Alberto Adriani, Marisa Moriconi, Maurizio Viterbini, Francesco Cardillo Istituto di Scienze dell Atmosfera e del Clima, Guido Di Donfrancesco, Francesco Colao ENEA , SIF, Bologna

Adriani, Marisa Moriconi, Maurizio Viterbini, Francesco Cardillo Istituto di

2 Riassunto Il buco dell ozono in Antartide Lidar di McMurdo Misure di PSC con Lidar, Calipso, MIPAS e OPC Outlook

3 Il buco dell ozono in Antartide Ogni primavera la concentrazione dell ozono nella stratosfera sopra l Antartide diminuisce rispetto ai valori normali. Quando i valori scendono sotto i 220 DU (Dobson unit), si parla del buco dell ozono. Un effetto di entità minore si verifica in Artide. E stato dimostrato che questo effetto è fortemente correlato con la concentrazione del cloro in stratosfera. Il buco dell ozono si è fatto sempre più grande e profonda, dagli anni 80 in poi.

Quando i valori scendono sotto i 220 DU (Dobson unit), si parla del buco dell ozono.

4 Produzione e distruzione dell ozono X = Cl, Br, N, H Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O 3 ClO2 + O 2 ClO 2 + raggi UV Cl + O 2

5 Buco dell ozono vs CFC I clorofluorocarburi (CFC) rilasciano, quando illuminati da raggi UV, dei radicali di cloro che provocano la distruzione catalitico dell ozono.

6 Buco dell ozono durante IPY( ) 220 DU 82 DU A.R. Clekociuk, M.C. Pitts, S.P.Alexander, C. David, M. Snels, P. von der Gathen SPARC News letter, July 2009.

7 Il ruolo dei PSC (Polar Stratospheric Clouds) Gli aerosol presenti nelle nubi stratosferiche polari (PSC=Polar Stratospheric Clouds) trasformano i composti stabili del cloro (reservoir species, ClONO 2, HCl) in specie reattive, così rafforzando le reazione chimiche che distruggono l ozono. Polar chemical ozone loss. Variation of the overall chemical ozone loss in ten Arctic winters versus the winter-average of the volume of air sufficiently cold for PSC existence (VPSC). Measurements are shown by coloured squares. Black points are results from a chemical transport model. The slope of a fit through the points is a measure for the sensitivity of chemical ozone loss on changes in polar stratospheric temperatures and can be used to validate the representation of chemical ozone loss in CCM calculations Rex, M., et al. Arctic ozone loss and climate change, Geophys. Res. Let., 31, doi: /2003gl018844, 2004.

Variation of the overall chemical ozone loss in ten Arctic winters versus the winter-average of the volume of air sufficiently cold for PSC existence (VPSC).

8 Ozono e Polar Stratospheric Clouds Solomon, S.: Stratospheric ozone depletion: A reviewofconceptsand history. Rev. Geophys., 37, , 1999.

9 I PSC si formano a temperature inferiori a K, molto comuni nella stratosfera Antartica e molto più rare in Artide.

10 Vari tipi di PSC medie lat Type 1a. NAT (nitric acid trihydride Temperatura di form. 195 K Diametro medio 1 μm Type 1b. STS (supercooled ternary solution, Acido nitrico, acido solforico e acqua Type 2. Cristalli di ghiaccio Temperatura di form. 188 K Diametro medio 10 μm

11 Lidar di McMurdo McMurdo Specs lidar McMurdo Telescopio Celestron 14 Laser Big Sky nm 90 nm Photon counting system Vertical resolution 30 m Max altitude 60 km M.Snels, F.Cairo, F.Colao, G.Didonfrancesco, "Calibration method for depolarization lidar measurements", International Journal of Remote Sensing, 30 (2009)

altitude 60 km M.Snels, F.Cairo, F.Colao, G.

12 Lidar Dumont D Urville Osservazioni lidar di Aerosol/PSC ed ozono. Nuovo sistema montato E collaudato presso ISAC Roma. Installazione DDU 2005 In collaborazione con IPSL e CNRS-Service d Aeronomie (C. David, P. Keckhut, M. Marchand)

13 LIDAR equation

14 Lidar parameters Back scatter ratio BSCR = 1 + β β p m β p e β m sono coefficienti di backscattering delle particelle (aerosol) e molecole Depolarizzazione di volume β p D P = // β p Relazione empirica tra superficie degli aerosol e BSCR (*) : pbscr [ ] 2 3 SA = 25 μm cm T * A.Adriani et al, J.Geophys.Res.D 100 (12)(1995), 25877

β p D P = // β p Relazione empirica tra superficie degli aerosol e BSCR (*) :

15 Classificazione degli aerosol con misure lidar Adriani; P. Massoli; G. Di Donfrancesco; F. Cairo; M.Moriconi; M. Snels, "Climatology of polar stratospheric clouds based on lidar observations from 1993 to 2001 over McMurdo Station, Antarctica", J. Geophys. Res., 109, D24211, doi: /2004jd (2004).

Snels, "Climatology of polar stratospheric clouds based on lidar

16 NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change) Antarctic lidar sites and instruments: Dumont d Urville (France): stratospheric ozone, aerosols, and polar stratospheric clouds (CNRS, France and CNR, Italy) McMurdo (USA): aerosols and polar stratospheric clouds (CNR, Italy)

stratospheric ozone, aerosols, and polar stratospheric clouds (CNRS,

17 MATCH campaign (1) (Lagrangian Observations with Lidar Investigations and Trajectories in Antarctica and the Arctic of PSCs (LOLITA-PSC, IPY) Usa lidar data a McMurdo, Dumont D Urville e Davis, Usa back e forward trajectories per trovare quelle masse d aria che passano sopra almeno 2 delle 3 stazioni lidar (Δt < 5 g). Per circa 15 % delle osservazioni lidar si trova un MATCH (entro 5 giorni), circa la meta con osservazioni di PSC.

forward trajectories per trovare quelle masse d aria che passano sopra almeno 2 delle 3 stazioni lidar (Δt < 5

18 Forward trajectories from Davis Davis Christine David, Julien Jumelet, Andrew Klekociuk, Marcel Snels, and Michael C. Pitts 29 September 2008, SPIE Newsroom. DOI: /

19 MATCH campaign (2) Confronta Lidar data con quelli di CALIPSO, usando sempre le traiettorie per trovare misure su le stesse masse d aria. We use three different trajectory models, computed from meteorological fields from different analysis centers: Goddard Space Flight Center NOAA- Hysplit ECMWF Schoeberl, M. R., and L. C. Sparling (1995), Trajectory modeling, in Diagnostic Tools in Atmospheric Physics: Enrico Fermi Course CXVI, edited by G. Fiocco and G. Visconti, pp , North-Holland, New York.

We use three different trajectory models, computed from meteorological fields from different analysis centers: Goddard Space

20 Theta = 400 K Circa 16 km Niels Larsen, Polar Stratospheric Clouds Microphysical and optical models, D.M.I. Scientific Report (2000) Lo scopo è di investigare sulla bontà di modelli microfisici e chimici che riguardano i processi di formazione e di evaporazione dei PSC e che coinvolgono la distruzione dell ozono. CALIOP data Work in progress

Scientific Report 00-06 (2000) Lo scopo è di investigare sulla bontà di modelli

21 MIPAS vs LIDAR (Δt< 8 h, Δd< 800 km) MIPAS on ENVISAT is a Limb sounding spectrometer, Vertical resolution 3 km cm -1 PSC features cm cm -1 LIDAR (BSCR, D P ) Type I a (NAT); rosso Type I b (STS); verde Type II (ice); blu M. Hoepfner, B.P.Luo, P.Massoli, F.Cairo,R.Spang, M.Snels, G. Di Donfrancesco, G.Stiller,T.von Clarmann, H.Fischer and U. Biermann, Atmos.Chem.Phys. 6 (2006), MIPAS (820/792 cm -1 and 792/832 cm -1 ) Rosso NAT Verde chiaro STS Verde scuro STS/ice Blu ice

22 CALIOP (= Cloud Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization) on Calipso (= Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations) Specs CALIOP 532nm, 1064 nm, 110 mj/channel Rep. Rate Hz Telescope diam 1.0 m Vert res m Hor res 333 m

23 CALIPSO Weekly 15 km Coincidences lidar McMurdo- Caliop CALIPSO Weekly 20 km M.Pitts, W.Thomason, L.R.Poole and D.M. Winkler Atmos.Chem:Phys. Discuss (2007)

24 Optical Particle Counter (Terry Deshler, University Wyoming) Campagne di misura con OPC e lidar, durante WINFLY e

25 Lidar e OPC (Optical Particle Counter) G. Di Donfrancesco, A.Adriani, F.Cairo, T. Deshler and F. Cardillo, Conf. Proc. SIF, Bologna 2000

26 Outlook Nuova collaborazione con NIWA e spostamento del lidar da McMurdo a Scott Base. Misure della temperatura da km XVIII Settimana della Cultura Scientifica Giornata Speciale dedicata alle Regioni Polari, 7 Marzo 2008

27 Per approfondire: Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2006 Update Scientific Assessment of Ozone Depletion 2006 WMP, Geneva, Switzerland, Solomon, S.; Stratospheric Ozone Depletion: A Review of Concepts and History Reviews of Geophysics, 37, 3, XVIII Settimana della Cultura Scientifica Giornata Speciale dedicata alle Regioni Polari, 7 Marzo 2008

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