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Influence of temperature and humidity on contrail formation regions in the general circulation model EMAC: a spring case study

Peter, Patrick und Matthes, Sigrun und Frömming, Christine und Jöckel, Patrick und Bugliaro, Luca und Giez, Andreas und Krämer, Martina und Grewe, Volker (2025) Influence of temperature and humidity on contrail formation regions in the general circulation model EMAC: a spring case study. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 25 (11), Seiten 5911-5934. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-25-5911-2025. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/acp-25-5911-2025

Kurzfassung

While carbon dioxide emissions from aviation often dominate climate change discussions, non-CO2 effects such as contrails and contrail cirrus must also be considered. Despite varying estimates of their radiative forcing, avoiding contrails is a reasonable strategy for reducing aviation’s climate effects. This study examines temperature and humidity, key atmospheric parameters for contrail formation, across different ECHAM/MESSy (European Centre Hamburg General Circulation Model/Modular Earth Submodel System) Atmospheric Chemistry (EMAC) model setups. EMAC, a general circulation model, is evaluated with various vertical resolutions and two nudging methods across seven specified dynamics setups. A higher vertical resolution aims to capture steep water vapour gradients near the tropopause, crucial for accurate contrail prediction. Comparisons with reanalysis data (March-April 2014) indicate a systematic cold bias (approximately 3-5 K in mid-latitudes), particularly in setups without mean temperature nudging. In the upper troposphere and lower stratosphere, all simulations exhibit a wet bias, while lower altitudes display a dry bias, both affecting contrail formation estimates. Point-by-point comparisons along aircraft trajectories confirm similar biases. Sensitivity experiments with varying thresholds of relative humidity over ice illustrate trade-offs between achieving high hit rates and minimising false alarms in contrail detection. A single-day case study integrating aircraft and satellite observations demonstrates that EMAC’s predicted contrail coverage aligns well with the observed formation. These results suggest that, despite existing temperature and humidity biases, EMAC generally captures regions favourable for contrail formation across diverse atmospheric conditions. Addressing model biases by refining temperature and humidity representation could significantly improve contrail prediction accuracy, strengthening contrail-avoidance strategies and supporting climate-optimised flight routing to mitigate aviation's overall climate effect.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214614/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of temperature and humidity on contrail formation regions in the general circulation model EMAC: a spring case study
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Peter, PatrickDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-2713-0230NICHT SPEZIFIZIERT
Matthes, SigrunDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5114-2418NICHT SPEZIFIZIERT
Frömming, ChristineDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-5516-7180NICHT SPEZIFIZIERT
Jöckel, PatrickDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8964-1394NICHT SPEZIFIZIERT
Bugliaro, LucaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-4793-0101NICHT SPEZIFIZIERT
Giez, AndreasDLR, FXNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krämer, MartinaFZ Jülich, IEK-7, Jülich, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-2888-1722NICHT SPEZIFIZIERT
Grewe, VolkerDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8012-6783NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Juni 2025
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:25
DOI:10.5194/acp-25-5911-2025
Seitenbereich:Seiten 5911-5934
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Tan, IvyUniversity of Maryland, Baltimore: Baltimore, Maryland, USNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Contrail cirrus, Ice supersaturation, Aviation climate effect, EMAC/MESSy, Vertical resolution 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
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Flugexperimente > Oberpfaffenhofen
Hinterlegt von: Peter, Patrick
Hinterlegt am:13 Jun 2025 09:21
Letzte Änderung:13 Jun 2025 09:21

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