Tutkimus selvitti, miten aerosolihiukkasten valon absorption aallonpituusriippuvuus vaihtelee päästölähteittäin

Ilmatieteen laitoksen johtamassa tutkimuksessa tarkasteltiin eri päästölähteistä peräisin olevien aerosolihiukkasten valon absorption aallonpituusriippuvuutta. Tutkittuihin päästölähteisiin kuuluivat muun muassa laivamoottorin päästöt, kaupunkibussien päästöt, hiilivoimalaitoksen piippupäästöt sekä puulämmitteisten takkojen ja kiukaiden päästöt. Näistä päästölähteistä määritettiin kokeellisesti hiukkasten valon imeytymisen aallonpituusriippuvuutta kuvaava muuttuja nimeltä absorption Ångströmin eksponentti (AAE). Lisäksi tutkimuksessa johdettiin AAE:n mittauksiin liittyvä epävarmuus.

Tutkimuksessa havaittiin, että AAE:n vaihtelu yksittäisen päästölähteen sisällä sekä eri päästölähteiden välillä oli melko suurta. Esimerkiksi laivamoottorin päästöille havaittiin, että korkean rikkipitoisuuden polttoaineilla on voimakkain absorption aallonpituusriippuvuus. Toisaalta puulämmitteisten tulipesien tapauksessa huomattiin, että palamisen vaihe vaikuttaa hiukkaspäästöjen aallonpituusriippuvuuteen. Aerosolihiukkasten absorption aallonpituusriippuvuuteen vaikuttaa moni asia (mm. hiukkasten kemiallinen koostumus ja koko) ja näin ollen eri polttoaineilla ja polttoprosessin vaiheilla on ymmärrettävästi vaikutusta havaittuun AAE arvoon.

Tutkimuksen tuloksia voidaan tapauskohtaisesti hyödyntää aerosolihiukkasten ja mustan hiilen päästölähteiden selvittämiseen ulkoilman mittauksissa, mutta lähdeanalyysin tuloksiin on suhtauduttava varauksella. Absoluuttiseen AAE arvoon on liitettävissä suuri epävarmuus, joten pelkästään AAE:n käyttäminen päästölähteiden toteamisessa on kyseenalaista. Lisäksi tässä tutkimuksessa ei tutkittu päästöjen ikääntymisen vaikutusta AAE:hen, joten tulokset pätevät lähinnä mittauksiin, jotka toteutetaan päästölähteiden välittömässä läheisyydessä. Ulkoilmassa havaittavien aerosolihiukkasten päästölähteiden selvittämiseen tarvitaankin yleensä monipuolista kemiallista ja fysikaalista karakterisointia.

Tutkimuksessa yhdistettiin kokooma-artikkelin tapaan mittaustuloksia useista aiemmista julkaisuisuista, mutta tulosten käsittely ja tulkinta tehtiin nyt uudelleen. Mittauksissa käytettiin etalometri-mittalaitetta, jonka avulla saatiin määritettyä absorptiokertoimet seitsemällä eri aallonpituudella (370–950 nanometriä). Tutkimuksessa aallonpituusriippuvuutta tarkasteltiin pääsääntöisesti aallonpituuksien 470 nm ja 950 nm välillä.

Ilmatieteen laitoksen johtamassa tutkimuksessa oli mukana useita tutkijoita eri yliopistoista ja tutkimuslaitoksista Suomesta ja kansainvälisesti.

Lisätietoja:

Tutkija Aku Helin, aku.helin@fmi.fi

Ryhmäpäällikkö Hilkka Timonen, hilkka.timonen@fmi.fi

Helin A., Virkkula, A., Backman, J., Pirjola, L., Sippula, O., Aakko‐Saksa, P., Väätäinen, S., Mylläri, F., Järvinen, A., Bloss, M., Aurela, M., Jakobi, G., Karjalainen, P., Zimmermann, R., Jokiniemi, J., Saarikoski, S., Tissari, J., Rönkkö, T., Niemi, J.V., Timonen, H.: Variation of Absorption Ångström Exponent in Aerosols from Different Emission Sources, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD034094.

Voit lukea tieteellisen artikkelin täällä: https://doi.org/10.1029/2020JD034094