Ny forskning av UMBC:s Glenn Wolfe och medarbetare formar hur forskare förstår metans öde, en potent växthusgas, i jordens atmosfär.

Av växthusgaserna, metan har den tredje största totala effekten på klimatet efter koldioxid och vattenånga. Och ju längre den stannar i atmosfären, ju mer värme den fångar. Det är därför det är viktigt för klimatmodeller att korrekt representera hur länge metan håller innan det bryts ner. Det händer när en metanmolekyl reagerar med en hydroxylradikal-en syreatom bunden till en väteatom, representeras som OH —- i en process som kallas oxidation. Hydroxylradikaler förstör också andra farliga luftföroreningar.

"OH är verkligen det mest centrala oxidationsmedlet i den nedre atmosfären. Det styr livslängden för nästan varje reaktiv gas, "förklarar Wolfe, en biträdande forskningsprofessor vid UMBC:s Joint Center for Earth Systems Technology. Dock, "globalt, vi har inget sätt att direkt mäta OH. "Mer än så, Det är väl förstått att nuvarande klimatmodeller kämpar för att exakt simulera OH. Med befintliga metoder, forskare kan utläsa OH i grov skala, men det finns knapp information om var, när, och varför av variationer i OH.

Ny forskning publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences och ledd av Wolfe sätter forskare på vägen att ändra det. Wolfe och kollegor har utvecklat ett unikt sätt att utläsa hur globala OH -koncentrationer varierar över tid och i olika regioner. Bättre förståelse av OH -nivåer kan hjälpa forskare att förstå hur mycket av upp- och nedgångarna i globala metanhalter beror på förändrade utsläpp, t.ex. från olje- och naturgasproduktion eller våtmarker, kontra orsakas av förändrade nivåer av OH.

Ett flygande laboratorium

NASA -satelliter har mätt atmosfäriska formaldehydkoncentrationer i över 15 år. Wolfes nya forskning bygger på dessa uppgifter, plus nya observationer som samlats in under NASA:s senaste Atmospheric Tomography (ATom) uppdrag. ATom har flugit fyra kretsar runt om i världen, provtagningsluft med hjälp av ett NASA -forskningsflygplan.

Detta "flyglaboratorium, "som Wolfe beskriver det, samlat in data om atmosfärisk formaldehyd och OH -nivåer som illustrerar ett anmärkningsvärt enkelt förhållande mellan de två gaserna. Detta förvånade inte forskarna, eftersom formaldehyd är en viktig biprodukt av metanoxidation, men denna studie ger den första konkreta observation av sambandet mellan formaldehyd och OH. Fynden visade också att de formaldehydkoncentrationer som planet mätte överensstämmer med de som mättes av satelliterna. Det gör att Wolfes team och andra kan använda befintliga satellitdata för att utläsa OH -nivåer genom det mesta av atmosfären.

"Så de luftburna mätningarna ger dig en grundsanning om att det förhållandet finns, "Wolfe säger, "och satellitmätningarna låter dig utöka det förhållandet över hela världen."

Wolfe, dock, är den första att erkänna att arbetet med att förbättra globala modeller långt ifrån är gjort. Flygplanet mätte OH- och formaldehydnivåer över det öppna havet, där luftkemin är relativt enkel. Det skulle vara mer komplicerat över en skog, och ännu mer över en stad.

Medan det förhållande forskarna bestämde ger en solid baslinje, som det mesta av jordens luft gör, verkligen, sväva över hav, mer arbete behövs för att se hur OH -nivåer skiljer sig åt i mer komplexa miljöer. Potentiellt, olika data från befintliga NASA -satelliter, t.ex. de som spårar utsläpp från tätorter eller skogsbränder, kan hjälpa.

Wolfe hoppas kunna fortsätta förfina detta arbete, som han säger ligger i "sambandet mellan kemi- och klimatforskningsmiljöer. Och de är mycket intresserade av att få OH rätt."

Att få det rätt

Den aktuella studien övervägde säsongsvariationer i OH, genom att analysera mätningar som gjordes i februari och augusti. "Säsongsmässigheten är en aspekt av denna studie som är viktig, "Wolfe säger, "för att latitud där OH är som högst rör sig runt." Med tanke på säsongsförskjutningar i OH -koncentrationer, eller till och med fleråriga skift orsakade av fenomen som El Niño och La Niña, kan vara en vinkel att utforska när man försöker förbättra globala klimatmodeller.

Att titta vidare på OH -nivåer i global skala med hjälp av satellitdata som validerats med flygdata kan också hjälpa forskare att förfina sina modeller. "Du kan använda den rumsliga variationen och säsongsmässigheten för att på processnivå förstå vad som driver OH, och fråga sedan om modellen har rätt eller inte, "Wolfe säger." Tanken är att kunna peta på alla dessa funktioner, där vi inte riktigt har haft någon data att göra det med tidigare. "

Denna nya forskning är ett steg i vägen för att förbättra vår förståelse av det globala klimatet, även om det snabbt förändras. Mer exakt förstå hur, till exempel, minska metanutsläppen skulle påverka klimatet, och hur snabbt, kan även påverka politiska beslut.

"Det är inte perfekt. Det behöver arbete, "Säger Wolfe." Men potentialen finns där. "