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Coupling aerosols to (cirrus) clouds in the global EMAC-MADE3 aerosol-climate model

Righi, Mattia und Hendricks, Johannes und Lohmann, Ulrike und Beer, Christof Gerhard und Hahn, Valerian und Heinold, Bernd und Heller, Romy und Krämer, Martina und Ponater, Michael und Rolf, Christian und Tegen, Ina und Voigt, Christiane (2020) Coupling aerosols to (cirrus) clouds in the global EMAC-MADE3 aerosol-climate model. Geoscientific Model Development, 13 (3), Seiten 1635-1661. Copernicus Publications. doi: 10.5194/gmd-13-1635-2020. ISSN 1991-959X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.5194/gmd-13-1635-2020

Kurzfassung

A new cloud microphysical scheme including a detailed parameterization for aerosol-driven ice formation in cirrus clouds is implemented in the global ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC) chemistry–climate model and coupled to the third generation of the Modal Aerosol Dynamics model for Europe adapted for global applications (MADE3) aerosol submodel. The new scheme is able to consistently simulate three regimes of stratiform clouds – liquid, mixed-, and ice-phase (cirrus) clouds – considering the activation of Aerosol particles to form cloud droplets and the nucleation of ice crystals. In the cirrus regime, it allows for the competition between homogeneous and heterogeneous freezing for the available supersaturated water vapor, taking into account different types of ice-nucleating particles, whose specific ice-nucleating properties can be flexibly varied in the model setup. The new model configuration is tuned to find the optimal set of parameters that minimizes the model deviations with respect to observations. A detailed evaluation is also performed comparing the model results for standard cloud and radiation variables with a comprehensive set of observations from satellite retrievals and in situ measurements. The performance of EMAC-MADE3 in this new coupled configuration is in line with similar global coupled models and with other global aerosol models featuring ice cloud parameterizations. Some remaining discrepancies, namely a high positive bias in liquid water path in the Northern Hemisphere and overestimated (underestimated) cloud droplet number concentrations over the tropical oceans (in the extratropical regions), which are both a common problem in these kinds of models, need to be taken into account in future applications of the model. To further demonstrate the readiness of the new model system for application studies, an estimate of the anthropogenic aerosol effective radiative forcing (ERF) is provided, showing that EMAC-MADE3 simulates a relatively strong aerosol-induced cooling but within the range reported in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) assessments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/134581/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Coupling aerosols to (cirrus) clouds in the global EMAC-MADE3 aerosol-climate model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Righi, MattiaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-3827-5950NICHT SPEZIFIZIERT
Hendricks, JohannesDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lohmann, UlrikeETH Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beer, Christof GerhardDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hahn, ValerianDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinold, BerndTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heller, RomyDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krämer, MartinaFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ponater, MichaelDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-9771-4733NICHT SPEZIFIZIERT
Rolf, ChristianFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tegen, InaTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 März 2020
Erschienen in:Geoscientific Model Development
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.5194/gmd-13-1635-2020
Seitenbereich:Seiten 1635-1661
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1991-959X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Global modelling, Climate, Aerosol, Clouds, Cirrus
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HGF - Programmthema:Verkehrssystem
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Righi, Dr. Mattia
Hinterlegt am:07 Apr 2020 10:37
Letzte Änderung:27 Okt 2023 15:17

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