Advanced Water and Ice investigations in Subtropical, Mid-Latitude and Arctic Cirrus (ACIS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wolken sind der Gegenspieler der Treibhausgase bei der globalen Erwärmung der Erde, da sie insgesamt eine kühlende Wirkung haben. Der Klimabericht des IPCC konstatierte jedoch 2013, dass Wolken weiterhin die Genauigkeit der Vorhersage des sich ändernden Energiebudgets der Erde reduzieren. Dabei sind vor allem fundamentale Details der mikrophysikalischen Prozesse in Eiswolken noch nicht vollständig erforscht. Ziel von ACIS war, die Bildung und Entwicklung von Cirruswolken zu studieren. Basis dafür waren sich ergänzende, qualitätsgeprüfte flugzeuggetragene Messungen, da zur Zeit der Antragstellung speziell die Wolken-Instrumente noch zu überprüfen und weiterzuentwickeln waren um die für die Untersuchungen nötige Messgenauigkeit zu liefern. Weiterhin sollte eine qualitätsgeprüfte Datenbank von Cirrusbeobachtungen erstellt werden, mit der dann die wissenschaftlichen Fragestellungen bearbeitet werden können. Zur besseren Interpretation und zum besseren Verständins der Beobachtung war eine weitere Aufgabe im Projekt, eine Cirren-Klimatologie mittels eines mikrophysikalischen Prozessmodells zu simulieren. Das jetzt zu Verfügung stehende Instrumentarium entspricht den gewünschten Anforderungen, es wurden damit diverse Messkampagnen durchgeführt. Die Cirren-Datenbank umfasst mittlerweile ca. 90 Stunden in-situ Beobachtungen innerhalb von Cirren, und die Simulation der Cirren-Klimatologie ist abgeschlossen. Die wichtigsten wissenschaftlichen Fortschritte, die basiernd auf der großen Datenbank und der ModellKlimatologie gewonnen wurden, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Verschiedene Cirrus-Typen wurden klassifiziert, wobei sich herausstellte, dass ein signifikanter Anteil nicht direkt im Cirrus-Hohenbereich ’in-situ’ aus der Gasphase gebildet wurde, sondern vom Mischwolken-Hohenbereich ’hochgewandert’ sind. Mischwolken entstehen als flüssige Tropfen die dann gefrieren, was bedeutet daß diese ’liquid-origin’ Cirren einen anderen Bildungsweg haben als die ’in-situ’ entstandenen. Weiterhin konnte die heterogene Eisnukleation als Haupt-Bildungsweg von ’in-situ’ Cirruswolken identifiziert werden. Dies ist eine neue Erkenntnis, denn gängiges Wissen ist derzeit noch, dass Cirren sich überwiegend durch homogenes Gefrieren bilden. Beide Ergebnisse sind von Relevanz, da der Bildungsweg und die weitere Entwicklung der Cirren ihre mikrophysikalischen bzw. Strahlungseigenschaften und somit die Rückkopplung zum Klima bestimmen. Die gewonnenen Erkenntnisse können zur Validierung von globalen Klimamodellen dienen und somit dazu beitragen, dass zukünftig Eiswolken in Klimamodellen besser repräsentiert werden können. Eine Überraschung war, daß kurz nach Projektbeginn und Inbetriebnahme des Lidars CORAL der Vulkan Eyjafjallajokull ausbrach, was uns die einmalige Gelegenheit gab, einen durch Vulkanasche induzierten Cirrus zu beobachten. Es gab etliche Pressemitteilungen, Zeitungsartikel sowie Radio- und Fernsehberichte uber die Aktivitäten innerhalb dieses Projekts, insbesondere nach dem Vulkanausbruch und während der Messkampagnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012): A methodology for in-situ and remote sensing of microphysical and radiative properties of contrails as they evolve into cirrus Atmos. Chem. Phys., 12, 8157-817
Jones, H. M., J. Haywood, F. Marenco, D. O’Sullivan, J. Meyer, R. Thorpe, M. W. Gallagher, M. Krämer, K. N. Bower, G. Rädel, A. Rap, A. Woolley, P. Forster, and H. Coe
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/acp-12-8157-2012) - (2012): In Situ, Airborne Instrumentation Addressing and Solving Measurement Problems in Ice Clouds. Bulletin of the American Meteorological Society 93 (2012) 2, p. E529-E534
Baumgardner, D., L. Avallone, A. Bansemer, S. Borrmann, P. Brown, U. Bundke, P.Y. Chuang, D. Cziczo, P. Field, M. Gallagher, J.-F. Gayet, A. Heymsfield, A. Korolev, M. Krämer, G. McFarquhar, S. Mertes, O. Möhler, S. Lance, P. Lawson, M. Petters, K. Pratt, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-0) - (2012): Lidar observation and model simulation of a volcanic-ash-induced cirrus cloud during the Eyjafjallajökull eruption. Atmos. Chem. Phys., 12, 10281-10294
Rolf, C., M. Krämer, C. Schiller, M. Hildebrandt, and M. Riese
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/acp-12-10281-2012) - (2013): Aerosol and Cloud Particle Sampling, In: Airborne Measurements for Environmental Research: Methods and Instruments, Ed. M. Wendisch & J.-L. Brenguier. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Print ISBN: 9783527409969, Online ISBN: 9783527653218
Krämer, M., C. Twohy, M. Hermann, A. Afchine, S. Dhaniyala and A. Korolev
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/9783527653218.ch6) - 2013): Ice Water Content of Arctic, Midlatitude, and Tropical Cirrus. Part 2: Extension of the Database and New Statistical Analysis Atmos. Chem. Phys., 13, 6447-6459
Luebke, A., L. Avallone, C. Schiller, C. Rolf and M. Krämer
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/acp-13-6447-2013) - (2014): The AquaVIT-1 Intercomparison of Atmospheric Water Vapor Measurement Techniques. AMTD 7, 3159–3251, 2014 Atmos. Meas. Tech., 7, 3177-3213
Fahey, D.W., R.S. Gao, O.M. Möhler, H. Saathoff, C. Schiller, V. Ebert, M. Krämer, T. Peter, N. Amarouche, L.M. Avallone, R. Bauer, Z. Bozóki, L.E. Christensen, S.M. Davis, G. Durry, C. Dyroff, R.L. Herman, S. Hunsmann, S. Khaykin, P. Mackrodt, J. Meyer, J.B. Smith, N. Spelten, R.F. Troy, H. Vömel, S. Wagner, and F.G. Wienhold
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/amt-7-3177-2014) - Evaluation of UT/LS hygrometer accuracy by intercomparison during the NASA MACPEX mission. JGR, 119 (4), pp. 1915-1935, 2014
Rollins, A. W., T. D. Thornberry, R. S. Gao, J. B. Smith, D. S. Sayres, M. R. Sargent, C. Schiller, M. Krämer, N. Spelten, D. F. Hurst, A. F. Jordan, E. G. Hall, H. Vömel, G. S. Diskin, J. R. Podolske, L. E. Christensen, K. H. Rosenlof, E. J. Jensen, and D. W. Fahey
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/2013JD020817) - The Cloud Particle Spectrometer with Polarization Detection (CPSPD) (2014): A Next Generation Open- Path Cloud Probe for Distinguishing Cloud Droplets from Ice Crystals. Atmos. Res.
Baumgardner, D., R. Newton, M. Krämer, J. Meyer, A. Beyer, M.Wendisch and Paul Vochezer
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2013.12.010) - Two decades of water vapor measurements with the FISH fluorescence hygrometer: A review. ACP Atmos. Chem. Phys., 15, 8521-8538, 2015
J. Meyer, C. Rolf, C. Schiller, S. Rohs, N. Spelten, A. Afchine, M. Zöger, N. Sitnikov, T. Thornberry, A. Rollins, Z. Bozoki, D. Tatrai, V. Ebert, B. Kühnreich, P. Mackrodt, O. Möhler, H. Saathoff, K. Rosenlof, and M. Krämer
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/acp-15-8521-2015)
