MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798283138817
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32044639
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a577
■1001  ▼aDeLessio,  Maegan  Anne.
■24510▼aBrown  Carbon  in  an  Earth  System  Model:  A  Scheme  to  Study  Biomass  Burning  Aerosols
■260    ▼a[Sl]▼bColumbia  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a205  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Tsigaridis,  Kostas;Bauer,  Susanne  E.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2025.
■520    ▼aOrganic  aerosols  (OAs)  are  important,  short-lived  climate  forcers  that  cool  the  atmosphere.  However,  there  is  significant  uncertainty  in  the  magnitude  of  their  cooling  effect,  posing  a  large  gap  in  aerosol  science  and  modeling.  Growing  wildfire  frequency  and  intensity,  along  with  reduction  of  other  aerosol  sources  via  emission  controls  and  cleaner  technologies,  are  increasing  the  prominence  of  OAs  in  the  atmosphere,  making  this  a  priority  for  model  improvement.  This  dissertation  advances  organic  and  biomass  burning  (BB)  aerosol  modeling  by  explicitly  representing  brown  carbon  (BrC)  aerosols,  OAs  that  absorb  UV-to-visible  light  and  are  primarily  emitted  by  BB,  in  an  Earth  system  model  (ESM).  In  the  first  part  of  this  work,  a  BrC  scheme  was  developed  and  implemented  in  the  NASA  GISS  ModelE  ESM  ("ModelE")  through  the  definition  of  four  key  properties  and  processes:  BB  emissions  of  BrC,  secondary  formation  of  BrC  as  biogenic  secondary  organic  aerosols  (SOAs),  optical  properties  of  both  primary  and  secondary  BrC,  and  the  chemical  aging  of  primary  BrC.  The  latter  was  simulated  through  a  novel  aging  scheme,  which  utilizes  local  oxidant  concentrations  to  increase  (brown)  then  decrease  (bleach)  BrC  light  absorption.The  remainder  of  the  dissertation  details  the  evaluation  of  this  BrC  scheme.  To  start,  model  sensitivity  tests  were  conducted  to  understand  the  overall  impact  of  BrC  in  ModelE.  Model  simulation  of  total  aerosol  properties,  specifically  optical  depth,  with  the  addition  of  this  scheme  was  also  evaluated  against  Aerosol  Robotic  Network  (AERONET)  and  Moderate  Resolution  Imaging  Spectroradiometer  (MODIS)  retrieval  data.  These  initial  assessments  revealed  that,  on  a  global  scale,  while  explicit  representation  of  BrC,  the  inclusion  of  secondary  BrC,  and  simulated  bleaching  had  distinguishable  effects  in  the  model,  varied  optical  properties  and  emission  ratios  did  not.  Further,  model  total  optical  depth  performance  was  unchanged  with  the  addition  of  BrC.  This  left  several  scheme  parameters  unconstrained,  and  necessitated  evaluation  against  BrC-specific  data.  The  next  stage  of  evaluation  constrained  scheme  parameters  by  harmonizing  them  with  the  aerosol  property  assumptions  of  an  AERONET  retrieval  of  BrC,  resulting  in  a  relative  improvement  in  model  performance.  This  model-retrieval  comparison,  which  focused  on  BB  regions  and  seasons,  created  an  alternative  scheme  configuration  grounded  in  measured  radiance  fields  represented  by  the  retrieval.  The  alternative  case  was  not,  however,  indicative  of  in-situ  microphysical  and  chemical  processes.  As  such,  the  final  stage  of  work  was  an  extensive  evaluation  of  ModelE  OAs  and  BrC  against  in-situ  measurements  from  flight  campaigns.  Focusing  on  vertical  profile  comparisons,  and  looking  at  BB-influenced  aerosols  wherever  possible,  this  revealed  systematic  underestimation  in  BrC  absorption.  Introducing  variable  OA-to-OC  ratios  and  reducing  the  water-solubility  of  BrC  improved  model  performance  in  an  updated  scheme,  but  there  was  still  persistent  model  bias.  The  dissertation  concludes  with  a  discussion  of  further  model  improvements,  as  well  as  advances  in  measurement  and  satellite  data,  that  could  help  address  remaining  bias  and  uncertainty.In-depth  analysis  of  the  ModelE  BrC  scheme  allowed  for  the  exploration  of  the  BrC  parameter  space  and  investigation  of  potential  sources  of  biases,  while  at  the  same  time  highlighting  the  usefulness  of  different  atmospheric  science  tools  in  model  development  and  evaluation.  The  product  of  this  dissertation  is  a  scheme  within  an  ESM  that  has  several  applications:  estimating  the  radiative  effect  of  OA  absorption-between  0.03-0.04  W  m-2  according  to  different  scheme  configurations-improving  satellite  retrieval  algorithms,  and,  in  general,  furthering  the  study  of  biomass  burning  and  organic  aerosols.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aEnvironmental  science
■650  4▼aClimate  change
■650  4▼aAtmospheric  chemistry
■653    ▼aAerosols
■653    ▼aClimate  modeling
■653    ▼aFires
■653    ▼aEarth  system  model
■653    ▼aBiomass  burning
■690    ▼a0768
■690    ▼a0404
■690    ▼a0371
■71020▼aColumbia  University▼bEarth  and  Environmental  Sciences.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357909▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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