Modelling gas-phase and heterogeneous conversions of nitrogen oxides in the exhaust plume of an aircraft ; A parameterization for global models

Abstract

Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen.<br>

The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days.<br>