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The effect of uncertainty in humidity and model parameters on the prediction of contrail energy forcing

Platt, John C. und Shapiro, Marc L. und Engberg, Zebediah und McCloskey, Kevin und Geraedts, Scott und Sankar, Tharun und Stettler, Marc E. J. und Teoh, Roger und Schumann, Ulrich und Rohs, Susanne und Brand, Erica und Van Arsdale, Christopher (2024) The effect of uncertainty in humidity and model parameters on the prediction of contrail energy forcing. Environmental Research Communications, 6 (095015), Seiten 1-15. Institute of Physics Publishing. doi: 10.1088/2515-7620/ad6ee5. ISSN 2515-7620.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1088/2515-7620/ad6ee5

Kurzfassung

Previous work has shown that while the net effect of aircraft condensation trails (contrails) on the climate is warming, the exact magnitude of the energy forcing per meter of contrail remains uncertain. In this paper, we explore the skill of a Lagrangian contrail model (CoCiP) in identifying flight segments with high contrail energy forcing. We find that skill is greater than climatological predictions alone, even accounting for uncertainty in weather fields and model parameters. We estimate the uncertainty due to humidity by using the ensemble ERA5 weather reanalysis from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) as Monte Carlo inputs to CoCiP. We unbias and correct under-dispersion on the ERA5 humidity data by forcing a match to the distribution of in situ humidity measurements taken at cruising altitude. We take CoCiP energy forcing estimates calculated using one of the ensemble members as a proxy for ground truth, and report the skill of CoCiP in identifying segments with large positive proxy energy forcing. We further estimate the uncertainty due to model parameters in CoCiP by performing Monte Carlo simulations with CoCiP model parameters drawn from uncertainty distributions consistent with the literature. When CoCiP outputs are averaged over seasons to form climatological predictions, the skill in predicting the proxy is 44%, while the skill of per-flight CoCiP outputs is 84%. If these results carry over to the true (unknown) contrail EF, they indicate that per-flight energy forcing predictions can reduce the number of potential contrail avoidance route adjustments by 2x, hence reducing both the cost and fuel impact of contrail avoidance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206625/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The effect of uncertainty in humidity and model parameters on the prediction of contrail energy forcing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Platt, John C.Google Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shapiro, Marc L.Breakthrough Energy, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Engberg, ZebediahBreakthrough Energy, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McCloskey, KevinGoogle Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Geraedts, ScottGoogle Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sankar, TharunGoogle Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stettler, Marc E. J.Imperial College London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Teoh, RogerImperial College London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schumann, UlrichDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-5255-6869NICHT SPEZIFIZIERT
Rohs, SusanneForschungszentrum Jülich, Jülichhttps://orcid.org/0000-0001-5473-2934NICHT SPEZIFIZIERT
Brand, EricaGoogle Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Van Arsdale, ChristopherGoogle Research, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 August 2024
Erschienen in:Environmental Research Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1088/2515-7620/ad6ee5
Seitenbereich:Seiten 1-15
Verlag:Institute of Physics Publishing
ISSN:2515-7620
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Contrail, energy forcing, warming, model, CoCiP, predictions, uncertainty, humidity, IAGOS, Monte Carlo, parameter sensitivity
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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, R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Schumann, Prof.Dr.habil. Ulrich
Hinterlegt am:24 Sep 2024 09:42
Letzte Änderung:11 Nov 2024 14:49

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