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Ice Supersaturation Variability in Cirrus Clouds: Role of Vertical Wind Speeds and Deposition Coefficients

Kärcher, Bernd und Jensen, Eric und Pokrifka, Gwenore und Harrington, Jerry Y. (2023) Ice Supersaturation Variability in Cirrus Clouds: Role of Vertical Wind Speeds and Deposition Coefficients. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Seiten 1-25. Wiley. doi: 10.1029/2023JD039324. ISSN 2169-897X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://doi. org/10.1029/2023JD039324

Kurzfassung

Aircraft measurements reveal ice supersaturation statistics in cirrus (ISSs) with broad maxima around ice saturation and pronounced variance. In this study, processes shaping ISSs in midlatitude and tropical upper tropospheric conditions are systematically investigated. Water vapor deposition and sublimation of size-resolved ice crystal populations are simulated in an air parcel framework. Mesoscale temperature fluctuations (MTFs) due to gravity waves force the temporal evolution of supersaturation. Various levels of background wave forcing and cirrus thickness are distinguished in stochastic ensemble simulations. Kinetic limitations to ice mass growth are brought about by supersaturation-dependent deposition coefficients that represent efficient and inefficient growth modes as a function of ice crystal size. The simulations identify a wide range of deposition coefficients in cirrus, but most values stay above 0.01 such that kinetic limitations to water uptake remain moderate. Supersaturation quenching times are long, typically 0.5–2 hr. The wave forcing thus causes a remarkably large variability in ISSs and cirrus microphysical properties except in the thickest cirrus, producing ensemble-mean ISSs in line with in-situ measurements. ISS variance is controlled by MTFs and increases with decreasing cirrus integral radii. In comparison, the impact of ice crystal growth rates on ISSs is small. These results contribute to efforts directed at identifying and solving issues associated with ice-supersaturated areas and non-equilibrium cirrus physics in global models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199082/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ice Supersaturation Variability in Cirrus Clouds: Role of Vertical Wind Speeds and Deposition Coefficients
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kärcher, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0278-4980NICHT SPEZIFIZIERT
Jensen, EricNASA Ames Research Center, Moffet Field, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pokrifka, GwenoreThe Pennsylvania State University, University Park, PA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harrington, Jerry Y.The Pennsylvania State University, University Park, PA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 November 2023
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1029/2023JD039324
Seitenbereich:Seiten 1-25
Verlag:Wiley
ISSN:2169-897X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:ice supersaturation, cirrus clouds, gravity waves, deposition growth
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AI - Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Klima, Wetter und Umwelt
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Kärcher, Prof. Bernd
Hinterlegt am:13 Nov 2023 09:39
Letzte Änderung:20 Nov 2023 10:21

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