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Evaluation of ECMWF-IFS (version 41R1) operational model forecasts of aerosol transport by using ceilometer network measurements

Chan, Ka Lok und Wiegner, Matthias und Flentje, Harald und Mattis, Ina und Wagner, Frank und Gasteiger, Josef und Geiß, Alexander (2018) Evaluation of ECMWF-IFS (version 41R1) operational model forecasts of aerosol transport by using ceilometer network measurements. Geoscientific Model Development (11), Seiten 3807-3831. Copernicus Publications. doi: 10.5194/gmd-11-3807-2018. ISSN 1991-959X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://www.geosci-model-dev.net/11/3807/2018/

Kurzfassung

In this paper, we present a comparison of model simulations of aerosol profiles with measurements of the ceilometer network operated by the German Weather Service (DWD) over 1 year from September 2015 to August 2016. The aerosol forecasts are produced by the Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) using the aerosol module developed within the Global and regional Earth-system Monitoring using Satellite and in-situ data (GEMS) and Monitoring Atmospheric Composition and Climate (MACC) projects and coupled into the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Integrated Forecasting System (ECMWF-IFS). As the model output provides mass mixing ratios of different types of aerosol, whereas the ceilometers do not, it is necessary to determine a common physical quantity for the comparison. We have chosen the attenuated backscatter β∗ for this purpose. The β∗ profiles are calculated from the mass mixing ratios of the model output assuming the inherent aerosol microphysical properties. Comparison of the attenuated backscatter averaged between an altitude of 0.2 km (typical overlap range of ceilometers) and 1 km in general shows similar annual average values. However, the standard deviation of the difference between model and observation is larger than the average in 8 out of 12 sites. To investigate possible reasons for the differences, we have examined the role of the hygroscopic growth of particles and the particle shape. Our results show that using a more recent particle growth model would result in a ∼22 % reduction of particle backscatter for sea salt aerosols, corresponding to a 10 % reduction of the total backscatter signal on average. Accounting for nonspherical dust particles in the model would reduce attenuated backscatter of dust particles by ∼30 %. As the concentration of dust aerosol is in general very low in Germany, a significant effect on the total backscatter signal is restricted to dust episodes. In summary, consideration of both effects tends to improve the agreement between model and observations but without leading to a perfect consistency. In addition, a strong Saharan dust event was investigated to study the agreement of the spatiotemporal distribution of particles. It was found that the arrival time of the dust layer and its vertical extent very well agree between model and ceilometer measurements for several stations. This underlines the potential of a network of ceilometers to validate the dispersion of aerosol layers.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/129090/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Evaluation of ECMWF-IFS (version 41R1) operational model forecasts of aerosol transport by using ceilometer network measurements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Chan, Ka Lokka.chan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wiegner, MatthiasLMU-MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Flentje, HaraldDWD, HohenpeißenbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mattis, InaDWD, HohenpeißenbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, FrankDWD, HohenpeißenbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gasteiger, JosefLMU, MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Geiß, AlexanderLMU, MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 September 2018
Erschienen in:Geoscientific Model Development
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.5194/gmd-11-3807-2018
Seitenbereich:Seiten 3807-3831
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Guenther, AlexNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1991-959X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:ECMWF-IFS, ceilometer, aerosol, lidar, hydroscopic growth
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Vorhaben Spektroskopische Verfahren in der Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Chan, Ka Lok
Hinterlegt am:23 Sep 2019 11:42
Letzte Änderung:02 Nov 2023 09:49

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