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Attività

Aerosol

L'aerosol atmosferico produce un'influenza significativa sul bilancio radiativo terrestre, attraverso la diffusione e l'assorbimento della radiazione (forzante diretta), e influenzando i processi di nucleazione delle nubi e le proprietà microfisiche delle nubi (forzante indiretto). Gli aerosol troposferici sono tra gli elementi più incerti nella stima del bilancio radiativo planetario a causa dell'elevata variabilità delle loro caratteristiche e dei complessi fenomeni in cui sono coinvolti. Alcuni tipi di aerosol, come i solfati (e in particolare le particelle stratosferiche dopo grandi eruzioni vulcaniche), disperdono una frazione significativa della radiazione solare, producendo un aumento dell'albedo planetario e un raffreddamento della bassa atmosfera. D'altra parte, le particelle fortemente assorbenti, come l'aerosol carbonioso e la polvere, in particolari condizioni di produzione e distribuzione, possono indurre effetti di riscaldamento sull'atmosfera.

Le particelle minerali o crostali (polveri) sono tra i principali costituenti degli aerosol troposferici. Si stima che una frazione compresa tra il 30 e il 50% degli aerosol minerali totali sia antropica (cioè prodotta in suoli che sono stati disturbati dall'attività umana). L'aridità delle zone continentali è indicata come la causa principale dell'aumento del flusso di polvere dai deserti, che costituiscono la fonte più rilevante di queste particelle. Tuttavia, le regioni particolarmente aride (precipitazioni medie annue <80 mm) sono fonti di aerosol meno significative rispetto alle regioni aride. La mobilizzazione della polvere nell'atmosfera è dovuta all'erosione da parte del vento nelle regioni aride e la dimensione media delle particelle trasportate dipende dalla forza del vento; la mobilizzazione della polvere dipende anche dalla natura del suolo e da altri parametri, e sono coinvolti meccanismi complessi, come la produzione ed il trasporto di granelli di polvere relativamente grandi.

L'attività antropica, attraverso la modificazione dell'uso del suolo e/o i cambiamenti climatici (principalmente attraverso cambiamenti delle precipitazioni e del regime di temperatura), può contribuire alla produzione di aerosol minerali. Il deserto del Sahara è una delle principali fonti di aerosol minerali: le particelle di polvere vengono catturate dal vento in superficie, vengono sollevate a notevoli quote nella troposfera dai forti regimi convettivi che si sviluppano nel deserto, e possono essere trasportate a grandi distanze. La polvere del Sahara è comunemente osservata nell'Europa meridionale e, a grandi distanze, nei Caraibi e in Sud America. In rare occasioni, la polvere del Sahara raggiunge il nord Europa.


Un caso di trasporto di polvere desertica osservato dallo spazio.

Le regioni dell'Africa settentrionale e centrale hanno subito gravi siccità nel recente passato e di conseguenza è stato osservato un aumento dell'esportazione di polvere. Le siccità sembrano essere collegate a fenomeni su larga scala che si verificano nel sistema oceano-atmosfera, come El Niño e l'oscillazione del Nord Atlantico (NAO). È stato anche osservato un comportamento correlato dell'esportazione di polvere dal Sahara verso il Nord Atlantico e il Mediterraneo con questi fenomeni. Gli aerosol desertici influenzano fortemente l'equilibrio radiativo, poichè modulano la radiazione solare che raggiunge la superficie marina e terrestre. A sua volta, una variazione della radiazione solare può influenzare i flussi evaporativi e, su scala di bacino, il suo bilancio idrologico.

Nel Mediterraneo le particelle di polvere, che non sono igroscopiche e non dovrebbero interagire con le nuvole, possono incontrare e mescolarsi con diversi tipi di aerosol. Nel bacino sono comunemente presenti particelle continentali e antropogeniche provenienti dall'Europa, nonché aerosol marini del Nord Atlantico e dello stesso Mediterraneo. Recentemente sono state osservate particelle di polvere ricoperte di solfato; si ritiene che il mescolamento della polvere con il solfato avvenga come conseguenza dei processi di evaporazione delle nuvole. In questo modo, le particelle di polvere diventano igroscopiche e possono influenzare la formazione e le proprietà delle nubi. La polvere del Sahara costituisce uno dei più importanti apporti di oligoelementi nel Mediterraneo e un'importante fonte di nutrienti per i microrganismi oceanici. Gli aerosol desertici possono anche influenzare l'acidità delle precipitazioni.

Lampedusa è spesso interessata da fenomeni di trasporto di aerosol desertici dal Sahara e rappresenta un sito ideale per studiare la propagazione, le proprietà e gli effetti radiativi di questo tipo di particelle.


Evoluzione giornaliera del rapporto di retrodiffusione lidar (è uguale a 1 quando non sono presenti aerosol) in tre giorni caratterizzati da diverse condizioni di aerosol. Le traiettorie della massa d'aria che terminano a Lampedusa nei tre giorni (etichettate A, B e C) sono indicate nel grafico di destra. Il grafico in alto a sinistra corrisponde ad un evento di polvere sahariana, come confermato anche dalla traiettoria.

A Lampedusa gli aerosol atmosferici sono misurati dal radiometro multifiltro a banda rotante (MFRSR), dal fotometro solare Cimel CE-318 e dal lidar. Le osservazioni hanno mostrato che le proprietà ottiche dell'aerosol e la distribuzione verticale dipendono significativamente dall'origine delle masse d'aria. Le masse d'aria provenienti dal Sahara sono generalmente caratterizzate da grandi valori dello spessore ottico dell'aerosol e da bassi valori dell'esponente di Ångström, e si possono trovare particelle fino a circa 8 km (a seconda della stagione).


Evoluzione dello spessore ottico dell'aerosol a 415 (cerchi rossi) e 868 nm (cerchi neri), grafico in basso, e dell'esponentedi Ångström, grafico in alto, nei mesi di maggio e giugno 1999. I valori dello spessore ottico maggiori di 0,2 a 868 nm sono generalmente associati al trasporto di polvere del Sahara.

È stato osservato che la polvere del deserto produce una riduzione dell'irradiazione superficiale delle onde corte fino a 50 W m-2. Sono stati condotti diversi studi, volti a determinare le proprietà ottiche e gli effetti radiativi dei diversi tipi di aerosol osservabili a Lampedusa, integrando anche osservazioni satellitari. Stime del forzante radiativo diretto medio giornaliero al top dell'atmosfera nell'intervallo 300-800 nm per uno spessore ottico dell'aerosol unitario a 500 nm vanno da -3.4 a +8.3 W m-2 per aerosol continentali/marini e da -3.3 a –20 W m-2 per la polvere del deserto. In superficie, per lo stesso intervallo spettrale (e per spessore ottico unitario a 500 nm) si ottiene un'efficienza di forcing diretto tra -141 e -114 W m-2 per aerosol continentali/marini, e tra -76 e -70 W m-2 per la polvere del deserto. A causa dello spessore ottico molto maggiore, tuttavia, la polvere del deserto generalmente produce un impatto radiativo maggiore alla superficie.