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Understanding aerosol–cloud interactions using a single-column model for a cold-air outbreak case during the ACTIVATE campaign

Tang, Shuaiqi und Wang, Hailong und Li, Xiang-Yu und Chen, Jingyi und Sorooshian, Armin und Zeng, Xubin und Crosbie, Ewan und Thornhill, Kenneth L. und Ziemba, Luke D. und Voigt, Christiane (2024) Understanding aerosol–cloud interactions using a single-column model for a cold-air outbreak case during the ACTIVATE campaign. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 24 (17), Seiten 10073-10092. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-24-10073-2024. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/24/10073/2024/

Kurzfassung

Marine boundary layer clouds play a critical role in Earth's energy balance. Their microphysical and radiative properties are highly impacted by ambient aerosols and dynamic forcings. In this study, we evaluate the representation of these clouds and related aerosol–cloud interaction processes in the single-column version of the E3SM climate model (SCM) against field measurements collected during the NASA ACTIVATE campaign over the western North Atlantic, as well as intercompare results with high-resolution process level models. We show that E3SM SCM reproduces the macrophysical properties of post-frontal boundary layer clouds in a cold-air outbreak (CAO) case well. However, it generates fewer but larger cloud droplets compared to aircraft measurements. Further sensitivity tests show that the underestimation of both aerosol number concentration and vertical velocity variance contributes to this bias. Aerosol–cloud interactions are examined by perturbing prescribed aerosol properties in E3SM SCM with fixed dynamics. Higher aerosol number concentration or hygroscopicity leads to more numerous but smaller cloud droplets, resulting in a stronger cooling via shortwave cloud forcing. This apparent Twomey effect is consistent with prior climate model studies. The cloud liquid water path shows a weakly positive relation with cloud droplet number concentration due to precipitation suppression. This weak aerosol effect on cloud macrophysics may be attributed to the dominant impact of strong dynamical forcing associated with the CAO. Our findings indicate that the SCM framework is a key tool to bridge the gap between climate models, process level models, and field observations to facilitate process level understanding.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206496/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Understanding aerosol–cloud interactions using a single-column model for a cold-air outbreak case during the ACTIVATE campaign
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tang, ShuaiqiPacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, HailongPacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, Xiang-YuPacific Northwest National Laboratory, Richland, WashingtonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, JingyiNanjing University of Information Science and Technology, Nanjing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sorooshian, ArminUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zeng, XubinUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Crosbie, EwanNASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thornhill, Kenneth L.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziemba, Luke D.Nasa Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeChristiane.Voigt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 September 2024
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:24
DOI:10.5194/acp-24-10073-2024
Seitenbereich:Seiten 10073-10092
Verlag:Copernicus Publications
Name der Reihe:Atmospheric Chemistry and Physics
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aerosol-cloud interactions, cold-air outbreak, ACTIVATE
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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 > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Keur, Natalie Desiree
Hinterlegt am:24 Sep 2024 10:43
Letzte Änderung:25 Sep 2024 12:23

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