AIDArct: Simulation der arktischen atmosphärischen Bedingungen in der AIDA-Kammer
Eine starke Motivation für diese Arbeit ist die Notwendigkeit, realistische Alterungsparametrisierungen in globale Modelle zu implementieren, um die Quantifizierung des Strahlungsantriebs von Black Carbon (BC) in der arktischen Region zu verbessern. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus dem Mangel an Messungen der BC-Alterung und der unsystematischen Zusammenarbeit zwischen den Beobachtungs- und Modellierungsgemeinschaften. Wir identifizieren die folgenden offenen Fragen in der Alterungsforschung:
- Wie sieht die zeitliche Entwicklung der internen Durchmischung von Ruß während des arktischen Transports aus, und ist sie saisonal abhängig?
- Wie verändert die Entwicklung der internen Durchmischung die Absorptions- und Wolkenaktivierungseigenschaften von Ruß aus mittleren Breiten in die arktische Region?
- Beeinflusst die Wolkenbildung die klimarelevanten Eigenschaften von Ruß wie Absorption, Hygroskopizität und Eisaktivität während des Transports in die Arktis?
- Können globale Modelle die Kammermessungen nutzen, um die Parametrisierung der BC- und des Wolkenprozesses zu verbessern?
Dieses Projekt wird sich mit diesen Fragen befassen, indem es sich auf die folgenden Ziele konzentriert::
- Reproduktion des Breitengradienten, der für den saisonalen arktischen Nordtransport repräsentativ ist, von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit, Aerosolpartikeln und Gaskonzentration (Abbildung 1) unter Verwendung der AIDA-Kammer während Langzeitexperimenten.
- Messung der Veränderung der optischen und CCN-, INP-Fähigkeit während langfristiger Alterungsexperimente in der AIDA-Kammer, die durch Vermischung und Wolkenprozessierung verursacht werden (Abb. 2).
- Untersuchung der Rolle und Veränderungen von BC in arktischen Mischphasenwolken (Abbildung 3) unter Verwendung der neuen AIDAdynamik.
- Implementierung der Alterungsparametrisierung in das globale Modell ICON-ART und Überprüfung der Leistungen anhand von In-situ-Beobachtungen in der Arktis, die im Rahmen des German Arctic Amplification: Climate Relevant Atmospheric and Surface Processes, and Feedback Mechanisms ((AC)3) Projekts durchgeführt wurden.
Abbildung 1: Beispiel für eine monatliche gemittelte ERA 5-Reanalyse nach Tagesstunden (00:00 Uhr nachts und 12:00 Uhr tagsüber) auf 800 hPa-Druckniveau für März, Juli und Dezember 2016. Breitengradauflösung von 0,25°, Längengradbereich 0-360°. Rad: abwärts gerichtete kurzwellige Strahlung (an der Oberfläche); T: Temperatur; SH: spezifische Luftfeuchtigkeit; O3: Ozonmischungsverhältnis; CLWC: spezifischer Wassergehalt flüssiger Wolken; CIWC: spezifischer Wassergehalt von Eiswolken.
Abbildung 2: Atmosphärische Mechanismen zur Bildung von Schwefelsäuredämpfen (Izumi et al., 1986) und schwarzen Kohlenstoffschichten (Matsui, 2016). Mögliche Auswirkungen der Wolkenverarbeitung auf den Mischungszustand (Roth et al., 2016) und die Morphologie von BC (Bhandari et al., 2019).
Abbildung 3: Mögliche Mechanismen der Wolkenverarbeitung, die die Verteilung und Eigenschaften von schwarzen Kohlenstoffpartikeln verändern: wolkenvermittelter Transport in der Arktis (Igel et al., 2017); wolkeninduzierte BC-Metamorphose in Mischphasenwolken (Ding et al., 2019); Recycling von eiskeimbildenden Partikeln unter der Wolke in arktischen Stratokumuluswolken (Solomon et al., 2015).
Kontakt und weitere Informationen
AIDArct wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert - Projektnummer 457895178.