Nachverfolgung des Lebenszyklus von Eiskeimen zur Verbesserung von Klimaprojektionen

Description: Wolken und Aerosole beeinflussen den Energiehaushalt und den Wasserkreislauf der Erde. Die Wolkenphase – ob eine Wolke aus Wassertröpfchen oder Eispartikeln besteht – beeinflusst den Strahlungseffekt der Wolken, da Wolkentröpfchen zahlreicher und kleiner sind als Eispartikel und daher mehr Sonnenstrahlung reflektieren.Durch die Erwärmung der Erde und der Atmosphäre durch den Klimawandel werden in Mischphasewolken (die aus Wassertröpfchen und Eispartikel bestehen können) Eispartikel teilweise durch Wassertröpfchen ersetzt und die Wolkenalbedo nimmt zu. Das führt zu einer negativen Rückkopplung, der sogenannten Wolkenphasenrückkopplung. Die Stärke dieser Rückkopplung hängt in Klimamodellen von der Repräsentation der Eisnukleation ab. Es wird immer deutlicher, dass die Schwankungsbreite von Klimaprojektionen (+1,8 bis +6,5 K) in der neuen Generation von Klimamodellen stark von der simulierten Wolkenphasenrückkopplung abhängt. Der gesellschaftliche Nutzen einer Verbesserung der Genauigkeit von Klimaprojektionen wird auf über 10 Millionen Millionen US-Dollar geschätzt. Eine bessere Darstellung der Eisbildung im Mischphasenregime in Klimamodellen ist deshalb dringend erforderlich.Aerosole können als Eiskeime, die das Gefrieren von Tröpfchen bewirken, die Häufigkeit von Eiswolken erhöhen und die Wolkenbedeckung und den Wassergehalt verringern. Insbesondere Mineralstaub kontrolliert häufig die Eisbildung in Wolken.In früheren Studien habe ich wichtige Diskrepanzen bezüglich der staubgetriebenen Wolkenvereisung im ECHAM-HAM Klimamodell und Satellitenbeobachtungen identifiziert, die sehr wahrscheinlich auch in anderen Klimamodellen vorhanden sind. Um diese zu beheben, werde ich in ECHAM-HAM Eisprozesse implementieren, die für das staubgetriebene Gefrieren von Wolkentröpfchen relevant sind, aber derzeit noch fehlen: Erstens werde ich eine Nachverfolgung von Eiskeimen implementieren, insbesonders deren Entfernung durch Niederschlagsbildung nach dem Gefrieren von Wolkentröpfchen. Dies sollte die Überschätzung der staubgetriebenen Wolkenvereisung über dem Südpolarmeer im Modell verringern. Zweitens werde ich eine Kategorie für Staub-Eiskeime hinzufügen, die bei Temperaturen unter -35 °C voraktiviert werden. Dies soll zu einem verstärkten Gefrieren von Wolkentröpfchen in Mischphasenwolken führen, was die im Modell gefundene generelle Unterschätzung des staubgetriebenen Gefrierens von Tröpfchen erklären und reduzieren soll. Drittens werde ich das Recycling von Staub-Eiskeimen nach der Sublimation von Eiskristallen implementieren. Dies soll ebenfalls zu einer Verbesserung des Gefrierens von Tröpfchen führen und den im Modell beobachteten Bias zusammen mit den anderen neuen Prozessen beseitigen. Diese neuen Prozesse werden anhand weltraumgestützter Beobachtungen evaluiert und ihre Auswirkungen auf die Wolkenphasenrückkopplung und die Klimasensitivität werden untersucht werden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bewölkung ? Recycling ? Solarstrahlung ? Klimaprojektion ? Mineralstaub ? Aerosol ? Albedo ? Eis ? Frost ? Globale Erwärmung ? Energiebilanz ? Klimamodell ? Sozialer Wert ? Studie ? Wassergehalt ? Wasserkreislauf ? Wolke ? Klimawandel ? Niederschlag ? Partikel ? Südlicher Ozean ? Klimasensitivität ? Bram-Verfahren ? Thermodynamik ?

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: 2021-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Tracking ice nucleating particles to improve climate projections
  Description: Clouds and aerosols impact the Earth’s thermostat and precipitation by scattering solar radiation and absorbing terrestrial radiation. The cloud thermodynamic phase — whether a cloud is composed of liquid or ice in the mixed-phase temperature regime (-35°C to 0°C) — affects the overall cloud radiative effect, as liquid droplets reflect more solar radiation than ice particles. If the climate warms and ice clouds are partially replaced by liquid clouds, then the cloud albedo increases in what is known as the negative cloud-phase feedback. Thus, this feedback depends on the representation of ice nucleation in climate models. In turn, it has become increasingly clear that the spread of climate projections (+1.8 to +6.5 K) in the new generation of climate models depends strongly on the simulated cloud-phase feedback. Reducing the spread of climate projections has been associated with societal benefits estimated at over 10 million million US$. As a result, it has been concluded that a better representation of ice production within the mixed-phase regime is urgently needed.Aerosols can act as ice nucleating particles triggering droplet freezing, increasing the frequency of ice clouds and decreasing the cloud cover and water content as ice particles grow at the expense of cloud droplets. One type of aerosol in particular, mineral dust, frequently controls cloud glaciation. In previous studies, I have identified important biases regarding the dust-driven cloud glaciation in the ECHAM-HAM model, which are probably present in other climate models as well.To solve those gaps, I will implement ice processes relevant to dust-driven droplet freezing that are currently missing: First, I will implement the tracking of ice-nucleating particles focusing on their removal after droplet freezing. This is expected to reduce the relative overestimation in dust-driven cloud glaciation found over the Southern Ocean. Second, I will add a category for dust-INPs that are pre-activated at temperatures below -35°C. This could result in enhanced droplet freezing in mixed-phase clouds, which could explain and compensate for the overall underestimation in dust-driven droplet freezing found in the model. Third, I will implement the recycling of dust-INPs after the sublimation of ice crystals. This could also result in an enhancement in droplet freezing and compensate for the bias observed in the model. These new processes will be evaluated using space-borne observations and their impacts on the cloud-phase feedback and climate sensitivity will be estimated.As a secondary objective, we plan to evaluate the dust-driven heterogeneous ice nucleation at cirrus temperatures using the hemispheric and seasonal contrast of ice number concentration. We expect this to elucidate whether a biased dust-driven ice nucleation at cirrus conditions is contributing to the underestimation of the cloud-phase contrasts in the mixed-phase regime. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118367

Status

Aktiv

Quality score

• Overall: 0.47
• Findability: 0.53

  • Title: 0.09
  • Description: 0.19
  • Identifier: false
  • Keywords: 0.92
  • Spatial: RegionIdentified (1.00)
  • Temporal: true
• Accessibility: 0.67

  • Landing page: Specific (1.00)
  • Direct access: false
  • Publicly accessible: true
• Interoperability: 0.00

  • Open file format: false
  • Media type: false
  • Machine-readable metadata: false
  • Machine-readable data: false
• Reusability: 0.67

  • License: ClearlySpecifiedAndFree (1.00)
  • Contact info: false
  • Publisher info: true

Accessed 1 times.