Li, Xiang-Yu and Wang, Hailong and Chen, Jingyi and Endoe, Satoshi and George, Geet and Cairns, Brian and Chellappan, Seethala and Zeng, Xubin and Kirschler, Simon and Voigt, Christiane and Sorooshian, Armin and Crosbie, Ewan and Chen, Gao and Ferrare, Richard and Gustafson, William I. Jr. and Hair, J. W. and Kleb, Mary M. and Liu, Hongyu and Moore, Richard H. and Painemal, David and Robinson, Claire and Scarino, Amy Jo and Shook, Michael and Shingler, Taylor and Thornhill, Kenneth L. and Tornow, Florian and Xiao, Heng and Ziemba, Luke D. and Zuidema, Paquita (2022) Large-Eddy Simulations of Marine Boundary Layer Clouds Associated with Cold-Air Outbreaks during the ACTIVATE Campaign. Part I: Case Setup and Sensitivities to Large-Scale Forcings. Journal of the Atmospheric Sciences, 79 (1), pp. 73-100. American Meteorological Society. doi: 10.1175/JAS-D-21-0123.1. ISSN 0022-4928.
PDF
- Published version
8MB |
Official URL: https://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-21-0123.1
Abstract
ABSTRACT: Large-eddy simulation (LES) is able to capture key boundary layer (BL) turbulence and cloud processes. Yet, large-scale forcing and surface turbulent fluxes of sensible and latent heat are often poorly prescribed for LESs. We derive these quantities from measurements and reanalysis obtained for two cold-air outbreak (CAO) events during Phase I of the Aerosol Cloud Meteorology Interactions over the Western Atlantic Experiment (ACTIVATE) in February–March 2020. We study the two contrasting CAO cases by performing LES and test the sensitivity of BL structure and clouds to large-scale forcings and turbulent heat fluxes. Profiles of atmospheric state and large-scale divergence and surface turbulent heat fluxes obtained from ERA5 data agree reasonably well with those derived from ACTIVATE field measurements for both cases at the sampling time and location. Therefore, we adopt the time-evolving heat fluxes, wind, and advective tendencies profiles from ERA5 data to drive the LES. We find that large-scale thermodynamic advective tendencies and wind relaxations are important for the LES to capture the evolving observed BL meteorological states characterized by the hourly ERA5 data and validated by the observations. We show that the divergence (or vertical velocity) is important in regulating the BL growth driven by surface heat fluxes in LESs. The evolution of liquid water path is largely affected by the evolution of surface heat fluxes. The liquid water path simulated in LES agrees reasonably well with the ACTIVATE measurements. This study paves the path to investigate aerosol–cloud–meteorology interactions using LES informed and evaluated by ACTIVATE field measurements.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/185837/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Large-Eddy Simulations of Marine Boundary Layer Clouds Associated with Cold-Air Outbreaks during the ACTIVATE Campaign. Part I: Case Setup and Sensitivities to Large-Scale Forcings | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Date: | 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Journal of the Atmospheric Sciences | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 79 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1175/JAS-D-21-0123.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | pp. 73-100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | American Meteorological Society | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 0022-4928 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | cold fronts, Marine boundary layer, Air-sea interaction, clouds, aircraft observations, dropsondes, large eddy simultations | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Project Climatic relevance of atmospheric tracer gases, aerosols and clouds | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Atmospheric Physics > Cloud Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Keur, Natalie Desiree | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 23 Mar 2022 10:13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 23 Mar 2022 10:13 |
Repository Staff Only: item control page