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Effects of Turbulence on Upper-Tropospheric Ice Supersaturation

Kärcher, Bernd und Hoffmann, Fabian und Podglajen, Aurelien und Hertzog, Albert und Pluogonven, Riwal und Atlas, Rachel und Corcos, Milena und Grabowski, Wojciech und Gasparini, Blaz (2024) Effects of Turbulence on Upper-Tropospheric Ice Supersaturation. Journal of the Atmospheric Sciences. American Meteorological Society. doi: 10.1175/JAS-D-23-0217.1. ISSN 0022-4928.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://journals.ametsoc.org/view/journals/atsc/81/9/JAS-D-23-0217.1.xml

Kurzfassung

Effects of turbulence on ice supersaturation at cirrus heights (>8 km) remain unexplored. Small-scale mixing processes become important for high Reynolds number flows, which may develop below the buoyancy length scale (10–100 m). The current study couples a stochastic turbulent mixing model with reduced dimensionality to an entraining parcel model to investigate, in large-ensemble simulations, how supersaturation evolves due to homogeneous turbulence in the stably stratified, cloud-free upper troposphere. The rising parcel is forced by a mesoscale updraft. The perturbation of an initially homogeneous vertical distribution of supersaturation is studied after a 36-m ascent in a baseline case and several sensitivity scenarios. Turbulent mixing and associated temperature fluctuations alone lead to changes in ensemble-mean distributions with standard deviations in the range 0.001–0.006, while mean values are hardly affected. Large case-to-case variability in the supersaturation field is predicted with fluctuation amplitudes of up to 0.03, although such large values are rare. A vertical gradient of supersaturation (≈10−3 m−1) is generated for high turbulence intensities due to the development of a dry-adiabatic lapse rate. Entrainment of slightly warmer (less than 0.1 K) environmental air into the parcel decreases the mean supersaturation by less than 0.01. Supersaturation fluctuations are substantially larger after entrainment events with an additional small offset in absolute humidity (by ±3.5%) between the parcel and environmental air. The predicted perturbations of ice supersaturation are significant enough to motivate studies of turbulence–ice nucleation interactions during cirrus formation that abandon the assumption of instantaneous mixing inherent to traditional parcel models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206220/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effects of Turbulence on Upper-Tropospheric Ice Supersaturation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kärcher, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0278-4980NICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, FabianLMU Münchenhttps://orcid.org/0000-0001-5136-0653NICHT SPEZIFIZIERT
Podglajen, AurelienCNRS-UMR, Universite Pierre et Marie Curie, Paris, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hertzog, AlbertLaboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pluogonven, RiwalLaboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Atlas, RachelLaboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Corcos, MilenaNorthWest Research Associates, Boulder, Colorado, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grabowski, WojciechNCAR MMM, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gasparini, BlazUniversität Wien, Wien, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 September 2024
Erschienen in:Journal of the Atmospheric Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1175/JAS-D-23-0217.1
Verlag:American Meteorological Society
ISSN:0022-4928
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cirrus clouds; Stochastic models; Subgrid-scale processes; Turbulence; Upper troposphere; Microscale processes/variability
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 - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Kärcher, Prof. Bernd
Hinterlegt am:04 Sep 2024 09:53
Letzte Änderung:04 Sep 2024 09:53

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