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Coupling aerosols to (cirrus) clouds in a global 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 a global aerosol-climate model. EGU General Assembly 2020, 2020-05-03 - 2020-05-08, Wien, Österreich.

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Kurzfassung

The impact of aerosol on atmospheric composition and climate still represents one of the largest uncertainties in the quantification of anthropogenic climate change. This is particularly the case for modelling aerosol-cloud interactions, which requires a detailed knowledge of various processes acting on a wide range of spatial and temporal scales. While significant progress has been made in developing parameterizations for describing the aerosol activation process in liquid clouds in the framework of global models, the aerosol-induced formation of ice crystals in cirrus clouds is still poorly understood and only a few global models include explicit representations of aerosol-cloud interactions in the ice phase. This is due the high complexity of the freezing processes occurring in the ice phase, the uncertain properties of ice nucleating particles, and the competition between homogeneous and heterogeneous freezing at cirrus conditions. To tackle this issue, this study documents the implementation of a new cloud microphysical scheme, including a detailed parameterization for aerosol-driven ice formation in cirrus clouds, in the global chemistry climate model EMAC, coupled to the aerosol submodel MADE3. 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 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 extra-tropical regions), which are both a common problem of this kind 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 IPCC AR5 and in other, more recent, assessments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/134848/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Coupling aerosols to (cirrus) clouds in a global 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 Jülich, IEK7NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ponater, MichaelDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-9771-4733NICHT SPEZIFIZIERT
Rolf, ChristianInstitute for Energy and Climate Research, Stratosphere, JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tegen, InaTROPOS, leipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aerosol, clouds, cirrus, global modelling, evaluation
Veranstaltungstitel:EGU General Assembly 2020
Veranstaltungsort:Wien, Österreich
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:3 Mai 2020
Veranstaltungsende:8 Mai 2020
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Transport und Klima (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Righi, Dr. Mattia
Hinterlegt am:12 Mai 2020 09:25
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:37

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