Wie gut stellt ein Wettermodell arktische Mehrschichtwolken dar?
Mehrschichtwolken sind definiert als vertikal angeordnete Wolkenschichten, die durch einen wolkenfreien Zwischenraum getrennt sind. Sie kommen in der Arktis häufig vor, sind aber in der Literatur unterrepräsentiert. Um Mehrschichtwolken zu untersuchen und ihre Darstellung im Modell zu analysieren, haben wir das ICON-Modell für ein Gebiet in der Hocharktis während des 1. bis 3. Septembers 2020 aufgesetzt und mit Daten aus der MOSAiC-Kampagne (https://mosaic-expedition.org/) verglichen. Wir stellen fest, dass es schwierig ist, die vertikale Schichtung von Mehrschichtwolken genau darzustellen, da das Modell die thermodynamische Vertikalstruktur falsch wiedergibt (Abb. 1).
Die beobachteten und modellierten Wolken sind in Abb. 2 dargestellt. Die vertikale Schichtung der Wolken unterscheidet sich aufgrund von Unterschieden in den thermodynamischen Profilen erheblich. Außerdem stellen wir fest, dass das Modell das beobachtete Wolkeneis stark unterschätzt. Grund ist, dass die Darstellung von wolkenbildenden Aerosolen in ICON auf europäischen Aerosolkonzentrationen basiert. Um die Parameter für eine arktische Aerosolverteilung anzupassen, verwenden wir beobachtete Aerosolkonzentrationen, die am MOSAiC-Standort gemessen wurden. Dies ermöglicht die Bildung von Wolkeneis bei wärmeren (aber unter Null liegenden) Temperaturen (Abb. 2c). Allerdings unterschätzt das Modell immer noch die Menge des vorhandenen Wolkeneises, und wir untersuchen Wege, um dies genauer zu erfassen. Eine starke Zunahme (um einen Faktor von einer Million) der Aerosole, die zur Eisbildung fähig sind (eisbildende Partikel, INP), ist erforderlich (Abb. 2d). Die Einbeziehung der sekundären Eisproduktion (SIP) ist ein weiterer, realistischerer Weg, um mehr Eis im Modell zu erzeugen. SIP-Mechanismen erzeugen Wolkeneis durch Wechselwirkungen zwischen Wolkenflüssigkeit und gefrorenen Hydrometeoren, wie Wolkeneis, Schnee und Graupel, und erhöhen die Eiskonzentration in den Wolken. Dieser Prozess hängt stark von der Aerosolkonzentration ab, und um das beobachtete Wolkeneis genau zu reproduzieren, müssen zusätzliche Aerosole zusammen mit dem SIP einbezogen werden (Abb. 2e).
Da mehrschichtige Wolken in der Arktis häufig vorkommen, ist eine genaue Darstellung dieser Wolken erforderlich, um die Auswirkungen der Wolken auf das schmelzende Meereis und den künftigen Zustand des arktischen Klimasystems korrekt zu prognostizieren.
Wallentin, G., et al. Arctic Multilayer Clouds Require Accurate Thermodynamic Profiles and Efficient Primary and Secondary Ice Processes for a Realistic Structure and Composition, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-2988, 2024.
Arbeitsgruppe: Wolkenphysik