Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Physikalische und chemische Eigenschaften von Wolkenpartikelresiduen und eisnukleierenden Partikeln in Verbindung mit Wolken in hohen geographischen Breiten vom Mischphasen- bis zum Zirrenniveau (HALO 2020, CIRRUS-HL)

Description: Es wird vermutet, dass Zirruswolken in hohen geographischen Breiten (arktische Zirren), einen positiven „Cloud Radiative Effect“ (CRE) haben und somit zum Phänomen der "Arctic Amplification" beitragen. Das Vorzeichen und die Stärke des CRE arktischer Zirren hängt von deren mikrophysikalischen Eigenschaften, d.h. der Eispartikelkonzentration, dem effektiven Eispartikelradius und dem Eiswassergehalt (IWC), ab. Diese Parameter werden hauptsächlich durch den Eisbildungsprozess (heterogen vs. homogen) und durch den Bildungspfad (in-situ vs. flüssiger Ursprung) bestimmt. Dies impliziert insbesondere für Zirren flüssigen Ursprungs die Beteiligung von eisnukleierenden Partikeln (INP), was deren Häufigkeit, Eigenschaften und Quellen zu Schlüsselfaktoren für die Bildung, die mikrophysikalischen und Strahlungseigenschaften von Zirren in hoher Breiten macht. Informationen über INP in hohen geographischen Breiten im Allgemeinen und in größeren Höhen im Besonderen, extrem rar. Im Rahmen der HALO-Mission CIRRUS-HL wollen wir daher das Wissen hinsichtlich arktischer INP über a) die Charakterisierung von Eispartikel- (IPR) und Wolkentröpfchenresiduen (CPR, Summe aus IPR und Tröpfchenresiduen) in arktischen Zirren und Mischphasenwolken, und b) die vertikal aufgelöste Messung (Mischphase bis Zirrusniveau) von Hochtemperatur INP (> -30°C) außerhalb von Wolken, erweitern. Für die geplanten Untersuchungen werden der HALO-CVI („Counterflow Virtual Impactor“) und der Aerosolpartikelfiltersammler HERA verwendet werden. Hinter dem HALO-CVI werden Instrumente zur physikalischen (Anzahl der Konzentrationen, Partikelgrößenverteilung, BC-Konzentration) und chemischen (Einzelpartikelzusammensetzung, MPI-C) Charakterisierung der IPR und CPR betrieben. Die von HERA gesammelten Filterproben werden im Anschuss an die Kampagne in den TROPOS-Laboratorien hinsichtlich der physikalischen INP-Eigenschaften (Anzahlkonzentrationen und Gefrierspektren) sowie der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel analysiert.Bei In-Wolken-Messungen werden der HALO-CVI und HERA kombiniert werden. So können die INP, innerhalb der gesammelten IPR (Zirren) und Wolkentropfenresiduen (CPR, in Mischphasenwolken) identifiziert, quantifiziert und charakterisiert werden. Diese INP könnten potenzielle Vorläufer von Zirrus mit flüssigem Ursprung in hohen Breiten sein.In Verbindung mit den Ergebnissen der im Rahmen von CIRRUS-HL durchgeführten in-situ Messungen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften, sowie der Analyse von Rückwärtstrajektorien der untersuchten Luftmassen werden wir a) bzgl. der Häufigkeit und der Eigenschaften von INP ein bisher einmaliges Schließungsexperiment (innerhalb und außerhalb der Wolke) durchführen, b) das Wissen über die raumzeitliche Verteilung, die Eigenschaften und die Quellen von INP signifikant erweitern und c) tiefe Einblicke in INP-Effekte auf die Bildung und die mikrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken in hohen geographischen Breiten erhalten.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bewölkung ? Impaktor ? Flüssigkeitsfilter ? Geografische Koordinaten ? Black Carbon ? Aerosol ? Bodentemperatur ? Gemeineigentum ? Partikelgrößenverteilung ? Temperaturmessung ? Verfahrensparameter ? Frost ? Arktis ? Vorläufersubstanz ? In-Situ-Messung ? Chemische Zusammensetzung ? Luftfahrzeug ? Studie ? Troposphäre ? Wassergehalt ? Wolke ? Partikel ? Rückstand ? Erdsystem ? Bram-Verfahren ? Chemische Stoffeigenschaft ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Betreiber*in)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Physical and chemical properties of cloud particle residuals and ice nucleating particles related to high latitude clouds from mixed phase to cirrus level (HALO 2020, CIRRUS-HL)
  Description: High latitude or arctic cirrus clouds are suspected to have a positive cloud radiative effect (CRE), and thus might contribute to increasing surface temperatures (“Arctic Amplification”). The sign and strength of the CRE of arctic cirrus strongly depends on their cloud microphysical properties, which are ice particle concentration (Nice), effective ice particle radius and ice water content (IWC). These parameters are mainly determined by the ice formation process (heterogeneous vs. homogeneous ice nucleation), and by the cloud formation pathway (in-situ vs. liquid origin). This implies especially for the liquid origin cirrus the participation of ice nucleating particles (INP), which makes their abundance, properties and sources into key factors for the formation, the microphysical and thus radiative properties of high latitude cirrus. However, information about INP at high latitude (Arctic) in general and at higher altitudes in particular is extremely scarce.It is therefore proposed to enhance the knowledge about INP at high altitudes in the Arctic within the HALO mission CIRRUS-HL. This will be done by two different approaches: a) the characterization of ice particle residuals (IPR) in high-latitude cirrus and b) the vertically resolved measurement (mixed-phase to cirrus level) of high temperature INP (> -30°C) outside of cloud in the arctic troposphere. For the characterization of the IPR and INP, the HALO-CVI (Counterflow Virtual Impactor) and the aerosol particle filter sampler (HERA) will be used, respectively. Behind the HALO-CVI, instruments for the physical (number concentration, particle size distribution, black carbon concentration), and chemical (single particle chemical composition by MPI-C) characterization of the CPR and IPR, will applied. The HERA-collected filter samples will be analyzed after the campaign in the TROPOS laboratories concerning physical INP properties (number concentrations and freezing spectra) as well as aerosol particle bulk chemical composition.During in-cloud measurements, the HALO-CVI and HERA should be combined to identify and quantify the INP within the sampled IPR of arctic cirrus but also of cloud particle residuals (CPR, which is the sum of IPR and cloud droplet residuals) in arctic mixed phase clouds which could potentially be the precursor of liquid origin cirrus in high-latitudes.In combination with results from the in-situ measurements of cloud microphysical properties as well as back-trajectory analysis of the encountered air masses, we will a) carry out a unprecedented “closure study” relating in-cloud IPR to outside cloud INP abundance and properties, b) significantly enhance knowledge concerning INP spatiotemporal distribution, properties and sources, and c) get deep insights into the INP effects on the formation and microphysical properties of cirrus clouds. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118370

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