Zeider, Kira and McCauley, Kayla and Dmitrovic, Sanja and Wai Siu, Leong and Choi, Yonghoon and Crosbie, Ewan and DiGangi, J. P. and Diskin, G. S. and Kirschler, Simon and Nowak, John B. and Shook, Michael and Thornhill, Kenneth L. and Voigt, Christiane and Winstead, Edward and Ziemba, Luke and Zuidema, Paquita and 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), pp. 2407-2025. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-25-2407-2025. ISSN 1680-7316.
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Official URL: https://acp.copernicus.org/articles/25/2407/2025/
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/214495/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Sensitivity of aerosol and cloud properties to coupling strength of marine boundary layer clouds over the northwest Atlantic | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 25 February 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Atmospheric Chemistry and Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.5194/acp-25-2407-2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 2407-2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Copernicus Publications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1680-7316 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | aerosol and cloud properties, marine boundary layer (MBL) clouds, northwest Atlantic | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Atmospheric and climate research | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Atmospheric Physics > Cloud Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Keur, Natalie Desiree | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 05 Jun 2025 11:50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 06 Jun 2025 08:09 |
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