Aerosol radiative effects in the ultraviolet, visible, and near-infrared spectral ranges using long-term aerosol data series over the Iberian Peninsula

Abstract

Una mejor comprensión de las propiedades radiactivas de los aerosoles es un desafío crucial para los estudios sobre el cambio climático. Este estudio tiene como objetivo proporcionar una caracterización completa de los efectos radiactivos de aerosoles en diferentes rangos espectrales dentro del espectro solar de ondas cortas (SW). Para ello, se han analizado los conjuntos de datos a largo plazo de las propiedades de aerosoles de seis estaciones de AERONET ubicadas en la Península Ibérica (suroeste de Europa) en términos de caracterización climatológica y cambios interanuales. Se usó información de aerosol como entrada para el modelo libRadtran para determinar el efecto radiativo de aerosol (ARE) en la superficie del ultravioleta (AREUV), visible (AREVIS), infrarrojo cercano (ARENIR) y toda la gama SW (ARESW ) Bajo condiciones de cloudfree. En toda la Península Ibérica, los efectos radiativos anuales en aerosoles en las diferentes gamas espectrales se encontraron en - 1,1 <AREUV <- 0,7, - 5,7 <AREVIS <- 3,5, - 2,6 <ARENIR <- 1,6 y - 8,8 < ARESW <- 5,7 (en Wm - 2). Las medias mensuales de ARE mostraron un patrón estacional con valores más grandes en primavera y verano. La eficiencia de forzado de aerosoles (AFE), ARE por unidad de profundidad óptica de aerosol, también se ha evaluado en los cuatro rangos espectrales. AFE exhibió una dependencia de un único albedo de dispersión, así como una más débil en el exponente Ångström. AFE es mayor (en valor absoluto) para partículas pequeñas y absorbentes. Las contribuciones de las gamas UV, VIS y NIR a la eficiencia de SW variaron con los tipos de aerosoles. El tamaño de aerosol predominante determinó las fracciones AFEVIS / AFESW y AFENIR / AFESW. El AFEVIS fue el principal contribuyente para todos los tipos de aerosoles, aunque las partículas grandes no absorbentes causaron una contribución más uniforme de los intervalos VIS e NIR. La relación AFEUV / AFESW mostró un mayor valor en el caso de la absorción de partículas finas.

A better understanding of aerosol radiative properties is a crucial challenge for climate change studies. This study aims at providing a complete characterization of aerosol radiative effects in different spectral ranges within the shortwave (SW) solar spectrum. For this purpose, longterm data sets of aerosol properties from six AERONET stations located in the Iberian Peninsula (southwestern Europe) have been analyzed in terms of climatological characterization and inter-annual changes. Aerosol information was used as input for the libRadtran model in order to determine the aerosol radiative effect (ARE) at the surface in the ultraviolet (AREUV), visible (AREVIS), near-infrared (ARENIR), and the entire SW range (ARESW) under cloudfree conditions. Over the whole Iberian Peninsula, yearly aerosol radiative effects in the different spectral ranges were found to be¬¬ ― 1.1 <AREUV < ― 0.7, ― 5.7 <AREVIS < ― 3.5, ― 2.6 <ARENIR < ― 1.6, and -- 8.8 <ARESW < ― 5.7 (in Wm ― 2). Monthly means of ARE showed a seasonal pattern with larger values in spring and summer. The aerosol forcing efficiency (AFE), ARE per unit of aerosol optical depth, has also been evaluated in the four spectral ranges. AFE exhibited a dependence on single scattering albedo as well as a weaker one on the Ångström exponent. AFE is larger (in absolute value) for small and absorbing particles. The contributions of the UV, VIS, and NIR ranges to the SW efficiency varied with the aerosol types. The predominant aerosol size determined the fractions AFEVIS/AFESW and AFENIR/AFESW. The AFEVIS was the dominant contributor for all aerosol types, although non-absorbing large particles caused more even contribution of VIS and NIR intervals. The AFEUV / AFESW ratio showed a higher value in the case of absorbing fine particles.