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Lagrangian matches between observations from aircraft, lidar and radar in an orographic warm conveyor belt

Boettcher, Maxi und Schäfler, Andreas und Sprenger, Michael und Sodemann, Harald und Kaufmann, Stefan und Voigt, Christiane und Schlager, Hans und Summa, Donato und Di Girolamo, Paolo und Nerini, Daniele und Germann, Urs und Wernli, Heini (2021) Lagrangian matches between observations from aircraft, lidar and radar in an orographic warm conveyor belt. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 21, Seiten 5477-5498. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-21-5477-2021. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/21/5477/2021/acp-21-5477-2021.html

Kurzfassung

Warm conveyor belts (WCBs) are important airstreams in extratropical cyclones, often leading to the formation of intense precipitation and the amplification of upper-level ridges. This study presents a case study that involves aircraft, lidar and radar observations in a WCB ascending from western Europe towards the Baltic Sea during the Hydrological Cycle in the Mediterranean Experiment (HyMeX) and T-NAWDEX-Falcon in October 2012, a preparatory campaign for the THORPEX North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment (T-NAWDEX). Trajectories were used to link different observations along the WCB, that is, to establish so-called Lagrangian matches between observations. To this aim, an ensemble of wind fields from the global analyses produced by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Ensemble of Data Assimilations (EDA) system were used, which allowed for a probabilistic quantification of the WCB occurrence and the Lagrangian matches. Despite severe air traffic limitations for performing research flights over Europe, the German Aerospace Center (DLR) Falcon successfully sampled WCB air masses during different phases of the WCB ascent. The WCB trajectories revealed measurements in two distinct WCB branches: one branch ascended from the eastern North Atlantic over southwestern France, while the other had its inflow in the western Mediterranean. Both branches passed across the Alps, and for both branches Lagrangian matches coincidentally occurred between lidar water vapour measurements in the inflow of the WCB south of the Alps, radar measurements during the ascent at the Alps and in situ aircraft measurements by Falcon in the WCB outflow north of the Alps. An airborne release experiment with an inert tracer could confirm the long pathway of the WCB from the inflow in the Mediterranean boundary layer to the outflow in the upper troposphere near the Baltic Sea several hours later. The comparison of observations and ensemble analyses reveals a moist bias in the analyses in parts of the WCB inflow but a good agreement of cloud water species in the WCB during ascent. In between these two observations, a precipitation radar measured strongly precipitating WCB air located directly above the melting layer while ascending at the southern slopes of the Alps. The trajectories illustrate the complexity of a continental and orographically influenced WCB, which leads to (i) WCB moisture sources from both the Atlantic and Mediterranean, (ii) different pathways of WCB ascent affected by orography, and (iii) locally steep WCB ascent with high radar reflectivity values that might result in enhanced precipitation where the WCB flows over the Alps. The linkage of observational data by ensemble-based WCB trajectory calculations, the confirmation of the WCB transport by an inert tracer and the model evaluation using the multi-platform observations are the central elements of this study and reveal important aspects of orographically modified WCBs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/142110/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lagrangian matches between observations from aircraft, lidar and radar in an orographic warm conveyor belt
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Boettcher, MaxiETH Zürich, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schäfler, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-6165-6623NICHT SPEZIFIZIERT
Sprenger, MichaelETH Zürich, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sodemann, HaraldUnivertätNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaufmann, StefanDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-0767-1996NICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Schlager, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Summa, DonatoCons, Naz. delle Ricerche,Tito Scalo, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Di Girolamo, PaoloUniv. degli Studi della Basilicata, Potenza, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nerini, DanieleMeteoSwiss, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Germann, UrsMeteoSwiss, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wernli, HeiniETH Zürich, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 April 2021
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.5194/acp-21-5477-2021
Seitenbereich:Seiten 5477-5498
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Falcon, warm conveyor belt, observations, tracer
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - LIDAR-Forschung und - Entwicklung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Schäfler, Andreas
Hinterlegt am:03 Mai 2021 09:24
Letzte Änderung:03 Mai 2021 09:24

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