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Dissecting cirrus clouds: navigating effects of turbulence on homogeneous ice formation

Kärcher, Bernd und Hoffmann, Fabian und Sokol, Adam und Gasparini, Blaz und Corcos, Milena und Jensen, Eric und Atlas, Rachel und Podglajen, Aurelien und Morrison, Hugh und Hertzog, A. und Plougonven, Riwal und Chandrakhar, Kamal Kant und Grabowski, Wojciech (2025) Dissecting cirrus clouds: navigating effects of turbulence on homogeneous ice formation. npj Climate and Atmospheric Science, 8 (137), Seiten 1-13. Springer. doi: 10.1038/s41612-025-01024-w. ISSN 2397-3722.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41612-025-01024-w

Kurzfassung

Turbulent air motions determine the local environment in which cloud ice crystals form. Homogeneous freezing of aqueous solution droplets is the most fundamental pathway to nucleate ice crystals in cirrus. Lack of knowledge about the role of turbulence in cirrus ice formation limits our understanding of how uncertainties in small-scale cloud processes affect the climatological radiative effect of cirrus. Here we shed first light on how turbulent fluctuations in temperature and supersaturation interact with probabilistic homogeneous freezing. We show that spatial model resolution substantially below 1–10 m is needed to properly simulate homogeneous freezing events. Importantly, microscale turbulence generates large variability in nucleated ice crystal number concentrations. Previous research ascribed this variability to mesoscale dynamical forcing due to gravity waves alone. The turbulence-generated microphysical variability has macrophysical implications. The wide range of predicted cloud radiative heating anomalies in anvil cirrus due to turbulence-ice nucleation interactions, comparable to typical mean values, is potentially large enough to affect the response of tropical cirrus cloud systems to global warming. Our results have ramifications for the multiscale modeling of cirrus clouds and the interpretation of in situ measurements,

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213589/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Dissecting cirrus clouds: navigating effects of turbulence on homogeneous ice formation
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
Sokol, AdamPrinceton UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gasparini, BlazUniversität Wien, Wien, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Corcos, MilenaNorthWest Research Associates, Boulder, Colorado, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jensen, EricNOAA, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Atlas, RachelLaboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Podglajen, AurelienLaboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morrison, HughNational Center for Atmospheric ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hertzog, A.Laboratoire de Meteorologie Dynamique, Palaiseau, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plougonven, RiwalLaboratoire de Météorologie Dynamique, Ecole Polytechnique, Palaiseau, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chandrakhar, Kamal KantNational Center for Atmospheric ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grabowski, WojciechNCAR MMM, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 April 2025
Erschienen in:npj Climate and Atmospheric Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1038/s41612-025-01024-w
Seitenbereich:Seiten 1-13
Verlag:Springer
ISSN:2397-3722
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cirrus clouds, homogeneous aerosol freezing, turbulence, ice microphysics
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:08 Apr 2025 08:34
Letzte Änderung:14 Apr 2025 11:58

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