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Sensitivity of aerosol and cloud properties to coupling strength of marine boundary layer clouds over the northwest Atlantic

Zeider, Kira und McCauley, Kayla und Dmitrovic, Sanja und Wai Siu, Leong und Choi, Yonghoon und Crosbie, Ewan und DiGangi, J. P. und Diskin, G. S. und Kirschler, Simon und Nowak, John B. und Shook, Michael und Thornhill, Kenneth L. und Voigt, Christiane und Winstead, Edward und Ziemba, Luke und Zuidema, Paquita und Sorooshian, Armin (2025) Sensitivity of aerosol and cloud properties to coupling strength of marine boundary layer clouds over the northwest Atlantic. Atmospheric Chemistry and Physics, 25 (4), Seiten 2407-2025. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-25-2407-2025. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/25/2407/2025/

Kurzfassung

Quantifying the degree of coupling between marine boundary layer (MBL) clouds and the surface is critical for understanding the evolution of low clouds and explaining the vertical distribution of aerosols and microphysical cloud properties. Previous work has characterized the boundary layer as either coupled or decoupled, but this study rather considers four degrees of coupling, ranging from strongly to weakly coupled. We use aircraft data from the NASA Aerosol Cloud meTeorology Interactions oVer the western ATlantic Experiment (ACTIVATE) to assess aerosol and cloud characteristics for the following four regimes, quantified using differences in liquid water potential temperature (θℓ) and total water mixing ratio (qt) between flight data near the surface level (∼150 m) and directly below cloud bases: strong coupling (Δθℓ≤1.0 K, Δqt≤0.8 g kg−1), moderate coupling with high Δθℓ (Δθℓ>1.0 K, Δqt≤0.8 g kg−1), moderate coupling with high Δqt (Δθℓ≤1.0 K, Δqt>0.8 g kg−1), and weak coupling (Δθℓ>1.0 K, Δqt>0.8 g kg−1). Results show that (i) turbulence is greater in the strong coupling regime compared to the weak coupling regime, with the former corresponding to more vertical homogeneity in 550 nm aerosol scattering, integrated aerosol volume concentration, and giant aerosol number concentration (Dp>3 µm) coincident with increased MBL mixing; (ii) cloud drop number concentration is greater during periods of strong coupling due to the greater upward vertical velocity and subsequent activation of particles; and (iii) sea salt tracer species (Na+, Cl−, Mg2+, K+) are present in greater concentrations in the strong coupling regime compared to weak coupling, while tracers of continental pollution (Ca2+, non-sea-salt (nss) , , oxalate, and ) are higher in mass fraction for the weak coupling regime. Additionally, pH and (a marker for chloride depletion) are consistently lower in the weak coupling regime. There were also differences between the two moderate regimes: the moderate with high Δqt regime had greater turbulent mixing and sea salt concentrations in cloud water, along with smaller differences in integrated volume and giant aerosol number concentration across the two vertical levels compared. This work shows value in defining multiple coupling regimes (rather than the traditional coupled versus decoupled) and demonstrates differences in aerosol and cloud behavior in the MBL for the various regimes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214495/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Sensitivity of aerosol and cloud properties to coupling strength of marine boundary layer clouds over the northwest Atlantic
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zeider, KiraUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McCauley, KaylaUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dmitrovic, SanjaUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wai Siu, LeongDepartment of Hydrology and Atmospheric Sciences, University of Arizona, TucsonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, YonghoonNASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Crosbie, EwanNASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
DiGangi, J. P.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Diskin, G. S.NASA Langley Research Center, Hampton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kirschler, SimonDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nowak, John B.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shook, MichaelNASA Langley Research Center, Hampton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thornhill, Kenneth L.NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Winstead, EdwardNASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziemba, LukeNASA Langley Research Center, Hampton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zuidema, PaquitaUniversity of Miami, Miami, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sorooshian, ArminUniversity of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Februar 2025
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:25
DOI:10.5194/acp-25-2407-2025
Seitenbereich:Seiten 2407-2025
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aerosol and cloud properties, marine boundary layer (MBL) clouds, northwest Atlantic
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 > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Keur, Natalie Desiree
Hinterlegt am:05 Jun 2025 11:50
Letzte Änderung:06 Jun 2025 08:09

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