Una super tempesta di polvere potenziata dal feedback radiativo

npj Climate and Atmospheric Science volume 6, numero articolo: 90 (2023) Citare questo articolo

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Essendo la principale area di origine delle polveri nell’Asia orientale, il deserto del Gobi (GD) esercita impatti critici sul bilancio delle radiazioni nelle regioni a valle. Il feedback radiativo della polvere nella GD del ciclone mongolo, tuttavia, rimane poco compreso. In questo caso, la fonte di polvere dinamica è accoppiata al modello di ricerca e previsione meteorologica con chimica (WRF-Chem) per migliori simulazioni di polvere. I risultati mostrano che il ciclone mongolo domina l’evento di polvere nel maggio 2019. Il feedback radiativo della polvere provoca un trasporto di slancio verso il basso e raffredda il nord-est della Mongolia influenzando i venti zonali e l’avvezione della temperatura. Il raffreddamento della bassa troposfera e il riscaldamento dell’alta atmosfera modificano la struttura verticale dell’atmosfera e migliorano la baroclinicità. Inoltre, l'aria fredda scende profondamente nel fondo dell'aria calda a forma di cuneo e favorisce l'ascensione dell'aria calda per potenziare il ciclone mongolo. La forte polvere viene mantenuta e continua a causare elevate concentrazioni di polvere nella Cina settentrionale attraverso i venti occidentali. Questo studio esplora il modo in cui il feedback radiativo della polvere sulla GD può intensificare il ciclone mongolo e fornisce un riferimento scientifico per studi correlati.

La polvere è il componente principale degli aerosol atmosferici, rappresentando il 75% del carico di massa globale dell’aerosol e il 25% della profondità ottica globale dell’aerosol (AOD)1. È causato principalmente dall’erosione eolica sulle zone aride e influenza il bilancio energetico del sistema Terra-atmosfera e il ciclo idrologico attraverso effetti diretti e indiretti2,3,4,5. Inoltre, le particelle di polvere possono arricchirsi di germi6, sostanze organiche7 e metalli pesanti8, costituendo una seria minaccia per la salute umana e le attività socioeconomiche in quanto influiscono sulla qualità dell’aria9,10,11. Dopo un trasporto a lunga distanza, le particelle di polvere si depositano sulla superficie dell'oceano, influenzando la generazione di aerosol biogenici sull'oceano e modificando il ciclo biogeochimico marino e la produttività biologica12,13.

L’interazione aerosol-radiazioni ha un impatto considerevole sui cambiamenti climatici, sui processi meteorologici e sulla qualità dell’aria14. Da un lato, i cambiamenti nei processi meteorologici possono alterare il trasporto e la distribuzione spaziale delle polveri15,16. D’altro canto, le polveri influiscono sul sistema atmosferico e sulla qualità dell’aria attraverso il feedback radiativo17. I valori di forzatura radiativa diretta della polvere per il deserto del Taklimakan (TD) e il deserto del Gobi (GD) sono riportati come −3 e −7 W m−2 nella parte superiore dell'atmosfera (TOA), −8 e −10 W m−2 a in superficie, e +5 e +3 W m−2 nell'atmosfera18. Inoltre, la forzatura radiativa delle polveri può modificare considerevolmente la stratificazione atmosferica e la baroclinicità19. La polvere GD aumenta l’inquinamento da aerosol di origine antropica nella Cina orientale modificando il campo meteorologico20. Il disturbo della pressione indotto dalla polvere stimola la circolazione secondaria, che riduce la velocità del vento al basso livello atmosferico sopra la regione della fonte della polvere e aumenta la velocità del vento nelle regioni a valle, con conseguente riduzione e aumento della polvere nella regione della fonte superiore e nelle regioni a valle, rispettivamente21.

Situata al confine tra Cina e Mongolia, la GD è un'importante fonte di polvere nell'Asia orientale22,23,24. Essendo un tipico altopiano desertico, il GD è caratterizzato da una bassa temperatura media annuale e da drastici sbalzi termici25. Le tempeste di polvere si verificano improvvisamente in questa regione su vaste aree ma sono di breve durata. La frequenza degli eventi di polvere al confine tra Cina e Mongolia ha mostrato una tendenza in graduale aumento26,27, e la polvere GD è la principale fonte di inquinamento atmosferico di tipo polveroso nelle aree interne della Cina, in particolare a Pechino-Tianjin-Hebei28. La GD è caratterizzata da un terreno pianeggiante e l'intera troposfera è dominata dai venti occidentali. La combinazione di terreno speciale e venti di fondo fornisce le condizioni per la trasmissione di polvere verso est attraverso il Pacifico verso il Nord America29,30.