Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
AP
A. Perring
Author with expertise in Atmospheric Aerosols and their Impacts
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
10
(90% Open Access)
Cited by:
2,622
h-index:
53
/
i10-index:
92
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Surface and lightning sources of nitrogen oxides over the United States: Magnitudes, chemical evolution, and outflow

R. Hudman et al.Apr 17, 2007
We use observations from two aircraft during the ICARTT campaign over the eastern United States and North Atlantic during summer 2004, interpreted with a global 3‐D model of tropospheric chemistry (GEOS‐Chem) to test current understanding of regional sources, chemical evolution, and export of NO x . The boundary layer NO x data provide top‐down verification of a 50% decrease in power plant and industry NO x emissions over the eastern United States between 1999 and 2004. Observed NO x concentrations at 8–12 km altitude were 0.55 ± 0.36 ppbv, much larger than in previous U.S. aircraft campaigns (ELCHEM, SUCCESS, SONEX) though consistent with data from the NOXAR program aboard commercial aircraft. We show that regional lightning is the dominant source of this upper tropospheric NO x and increases upper tropospheric ozone by 10 ppbv. Simulating ICARTT upper tropospheric NO x observations with GEOS‐Chem requires a factor of 4 increase in modeled NO x yield per flash (to 500 mol/flash). Observed OH concentrations were a factor of 2 lower than can be explained from current photochemical models, for reasons that are unclear. A NO y ‐CO correlation analysis of the fraction f of North American NO x emissions vented to the free troposphere as NO y (sum of NO x and its oxidation products) shows observed f = 16 ± 10% and modeled f = 14 ± 9%, consistent with previous studies. Export to the lower free troposphere is mostly HNO 3 but at higher altitudes is mostly PAN. The model successfully simulates NO y export efficiency and speciation, supporting previous model estimates of a large U.S. anthropogenic contribution to global tropospheric ozone through PAN export.
0
Paper
Citation328
0
Save
0

Global budget and radiative forcing of black carbon aerosol: Constraints from pole‐to‐pole (HIPPO) observations across the Pacific

Qiaoqiao Wang et al.Dec 10, 2013
Abstract We use a global chemical transport model (GEOS‐Chem) to interpret aircraft curtain observations of black carbon (BC) aerosol over the Pacific from 85°N to 67°S during the 2009–2011 HIAPER (High‐Performance Instrumented Airborne Platform for Environmental Research) Pole‐to‐Pole Observations (HIPPO) campaigns. Observed concentrations are very low, implying much more efficient scavenging than is usually implemented in models. Our simulation with a global source of 6.5 Tg a −1 and mean tropospheric lifetime of 4.2 days (versus 6.8 ± 1.8 days for the Aerosol Comparisons between Observations and Models (AeroCom) models) successfully simulates BC concentrations in source regions and continental outflow and captures the principal features of the HIPPO data but is still higher by a factor of 2 (1.48 for column loads) over the Pacific. It underestimates BC absorbing aerosol optical depths (AAODs) from the Aerosol Robotic Network by 32% on a global basis. Only 8.7% of global BC loading in GEOS‐Chem is above 5 km, versus 21 ± 11% for the AeroCom models, with important implications for radiative forcing estimates. Our simulation yields a global BC burden of 77 Gg, a global mean BC AAOD of 0.0017, and a top‐of‐atmosphere direct radiative forcing (TOA DRF) of 0.19 W m −2 , with a range of 0.17–0.31 W m −2 based on uncertainties in the BC atmospheric distribution. Our TOA DRF is lower than previous estimates (0.27 ± 0.06 W m −2 in AeroCom, 0.65–0.9 W m −2 in more recent studies). We argue that these previous estimates are biased high because of excessive BC concentrations over the oceans and in the free troposphere.
0
Paper
Citation307
0
Save
0

Sources, seasonality, and trends of southeast US aerosol: an integrated analysis of surface, aircraft, and satellite observations with the GEOS-Chem chemical transport model

P. Kim et al.Sep 23, 2015
Abstract. We use an ensemble of surface (EPA CSN, IMPROVE, SEARCH, AERONET), aircraft (SEAC4RS), and satellite (MODIS, MISR) observations over the southeast US during the summer–fall of 2013 to better understand aerosol sources in the region and the relationship between surface particulate matter (PM) and aerosol optical depth (AOD). The GEOS-Chem global chemical transport model (CTM) with 25 × 25 km2 resolution over North America is used as a common platform to interpret measurements of different aerosol variables made at different times and locations. Sulfate and organic aerosol (OA) are the main contributors to surface PM2.5 (mass concentration of PM finer than 2.5 μm aerodynamic diameter) and AOD over the southeast US. OA is simulated successfully with a simple parameterization, assuming irreversible uptake of low-volatility products of hydrocarbon oxidation. Biogenic isoprene and monoterpenes account for 60 % of OA, anthropogenic sources for 30 %, and open fires for 10 %. 60 % of total aerosol mass is in the mixed layer below 1.5 km, 25 % in the cloud convective layer at 1.5–3 km, and 15 % in the free troposphere above 3 km. This vertical profile is well captured by GEOS-Chem, arguing against a high-altitude source of OA. The extent of sulfate neutralization (f = [NH4+]/(2[SO42−] + [NO3−]) is only 0.5–0.7 mol mol−1 in the observations, despite an excess of ammonia present, which could reflect suppression of ammonia uptake by OA. This would explain the long-term decline of ammonium aerosol in the southeast US, paralleling that of sulfate. The vertical profile of aerosol extinction over the southeast US follows closely that of aerosol mass. GEOS-Chem reproduces observed total column aerosol mass over the southeast US within 6 %, column aerosol extinction within 16 %, and space-based AOD within 8–28 % (consistently biased low). The large AOD decline observed from summer to winter is driven by sharp declines in both sulfate and OA from August to October. These declines are due to shutdowns in both biogenic emissions and UV-driven photochemistry. Surface PM2.5 shows far less summer-to-winter decrease than AOD and we attribute this in part to the offsetting effect of weaker boundary layer ventilation. The SEAC4RS aircraft data demonstrate that AODs measured from space are consistent with surface PM2.5. This implies that satellites can be used reliably to infer surface PM2.5 over monthly timescales if a good CTM representation of the aerosol vertical profile is available.
0
Paper
Citation299
0
Save
0

Nitrogen oxides and PAN in plumes from boreal fires during ARCTAS-B and their impact on ozone: an integrated analysis of aircraft and satellite observations

M. Alvarado et al.Oct 18, 2010
Abstract. We determine enhancement ratios for NOx, PAN, and other NOy species from boreal biomass burning using aircraft data obtained during the ARCTAS-B campaign and examine the impact of these emissions on tropospheric ozone in the Arctic. We find an initial emission factor for NOx of 1.06 g NO per kg dry matter (DM) burned, much lower than previous observations of boreal plumes, and also one third the value recommended for extratropical fires. Our analysis provides the first observational confirmation of rapid PAN formation in a boreal smoke plume, with 40% of the initial NOx emissions being converted to PAN in the first few hours after emission. We find little clear evidence for ozone formation in the boreal smoke plumes during ARCTAS-B in either aircraft or satellite observations, or in model simulations. Only a third of the smoke plumes observed by the NASA DC8 showed a correlation between ozone and CO, and ozone was depleted in the plumes as often as it was enhanced. Special observations from the Tropospheric Emission Spectrometer (TES) also show little evidence for enhanced ozone in boreal smoke plumes between 15 June and 15 July 2008. Of the 22 plumes observed by TES, only 4 showed ozone increasing within the smoke plumes, and even in those cases it was unclear that the increase was caused by fire emissions. Using the GEOS-Chem atmospheric chemistry model, we show that boreal fires during ARCTAS-B had little impact on the median ozone profile measured over Canada, and had little impact on ozone within the smoke plumes observed by TES.
0
Paper
Citation298
0
Save
0

Exploiting simultaneous observational constraints on mass and absorption to estimate the global direct radiative forcing of black carbon and brown carbon

Xuan Wang et al.Oct 20, 2014
Abstract. Atmospheric black carbon (BC) is a leading climate warming agent, yet uncertainties on the global direct radiative forcing (DRF) remain large. Here we expand a global model simulation (GEOS-Chem) of BC to include the absorption enhancement associated with BC coating and separately treat both the aging and physical properties of fossil-fuel and biomass-burning BC. In addition we develop a global simulation of brown carbon (BrC) from both secondary (aromatic) and primary (biomass burning and biofuel) sources. The global mean lifetime of BC in this simulation (4.4 days) is substantially lower compared to the AeroCom I model means (7.3 days), and as a result, this model captures both the mass concentrations measured in near-source airborne field campaigns (ARCTAS, EUCAARI) and surface sites within 30%, and in remote regions (HIPPO) within a factor of 2. We show that the new BC optical properties together with the inclusion of BrC reduces the model bias in absorption aerosol optical depth (AAOD) at multiple wavelengths by more than 50% at AERONET sites worldwide. However our improved model still underestimates AAOD by a factor of 1.4 to 2.8 regionally, with the largest underestimates in regions influenced by fire. Using the RRTMG model integrated with GEOS-Chem we estimate that the all-sky top-of-atmosphere DRF of BC is +0.13 Wm−2 (0.08 Wm−2 from anthropogenic sources and 0.05 Wm−2 from biomass burning). If we scale our model to match AERONET AAOD observations we estimate the DRF of BC is +0.21 Wm−2, with an additional +0.11 Wm−2 of warming from BrC. Uncertainties in size, optical properties, observations, and emissions suggest an overall uncertainty in BC DRF of −80%/+140%. Our estimates are at the lower end of the 0.2–1.0 Wm−2 range from previous studies, and substantially less than the +0.6 Wm−2 DRF estimated in the IPCC 5th Assessment Report. We suggest that the DRF of BC has previously been overestimated due to the overestimation of the BC lifetime (including the effect on the vertical profile) and the incorrect attribution of BrC absorption to BC.
0
Paper
Citation290
0
Save
0

Real-time sensing of bioaerosols: Review and current perspectives

J. Huffman et al.Sep 12, 2019
Detection of bioaerosols, or primary biological aerosol particles (PBAPs), has become increasingly important for a wide variety of research communities and scientific questions. In particular, real-time (RT) techniques for autonomous, online detection and characterization of PBAP properties in both outdoor and indoor environments are becoming more commonplace and have opened avenues of research. With advances in technology, however, come challenges to standardize practices so that results are both reliable and comparable across technologies and users. Here, we present a critical review of major RT instrument classes that have been applied to PBAP research, especially with respect to environmental science, allergy monitoring, agriculture, public health, and national security. Eight major classes of RT techniques are covered, including the following: (i) fluorescence spectroscopy, (ii) elastic scattering, microscopy, and holography, (iii) Raman spectroscopy, (iv) mass spectrometry, (v) breakdown spectroscopy, (vi) remote sensing, (vii) microfluidic techniques, and (viii) paired aqueous techniques. For each class of technology we present technical limitations, misconceptions, and pitfalls, and also summarize best practices for operation, analysis, and reporting. The final section of the article presents pressing scientific questions and grand challenges for RT sensing of PBAP as well as recommendations for future work to encourage high-quality results and increased cross-community collaboration.
0

Light absorption enhancement of black carbon in a pyrocumulonimbus cloud

Payton Beeler et al.Jul 25, 2024
Abstract Pyrocumulonimbus (pyroCb) firestorm systems have been shown to inject significant amounts of black carbon (BC) to the stratosphere with a residence time of several months. Injected BC warms the local stratospheric air, consequently perturbing transport and hence spatial distributions of ozone and water vapor. A distinguishing feature of BC-containing particles residing within pyroCb smoke is their thick surface coatings made of condensed organic matter. When coated with non-refractory materials, BC’s absorption is enhanced, yet the absorption enhancement factor ( E abs ) for pyroCb BC is not well constrained. Here, we perform particle-scale measurements of BC mass, morphology, and coating thickness from inside a pyroCb cloud and quantify E abs using an established particle-resolved BC optics model. We find that the population-averaged E abs for BC asymptotes to 2.0 with increasing coating thickness. This value denotes the upper limit of E abs for thickly coated BC in the atmosphere. Our results provide observationally constrained parameterizations of BC absorption for improved radiative transfer calculations of pyroCb events.