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A method to retrieve mixed-phase cloud vertical structure from airborne lidar

Crosbie, Ewan und Hair, Jonathan und Nehrir, Amin und Ferrare, Richard und Hostetler, C. A. und Shingler, Taylor und Harper, David B. und Fenn, Marta A. und Collins, James und Barton-Grimley, Rory und Collister, Brian L. und Thornhill, Kenneth L. und Voigt, Christiane und Kirschler, Simon und Sorooshian, Armin (2025) A method to retrieve mixed-phase cloud vertical structure from airborne lidar. Atmospheric Measurement Techniques, 18 (12), Seiten 2639-2658. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-18-2639-2025. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://amt.copernicus.org/articles/18/2639/2025/

Kurzfassung

A technique was developed to provide cloud phase information using data collected by the NASA Langley airborne High Spectral Resolution Lidar systems with a particular emphasis on mixed-phase cloud conditions, where boundaries and gradients in the distribution of ice and liquid water are critically important for microphysical and radiative processes. The method is based on the established use of depolarization to identify ice particles but incorporates a new method to separate the ice depolarization from the depolarization produced by multiple scattering in dense liquid clouds. Clouds known to be liquid-only based on ambient temperature were used to train an empirical model of the multiple-scattering depolarization that results at different ranges from the lidar. The method classifies lidar observations as liquid-dominant, mixed-phase, and ice-dominant and has an additional categorization for oriented ice. For evaluation of the retrieval, a two-aircraft approach was used with the lidar observing the same clouds that were concurrently being sampled with in situ microphysical probes. Aircraft matchups were able to track the individual cloud elements and capture marked changes in the distribution of liquid and ice across flight segments of typically 20–100 km. Qualitative features relating to localized changes in the cloud-top temperature, cloud morphology, and convective circulations were generally replicated between the lidar phase classification and the in situ microphysical data. Quantitative evaluation of the phase classification was carried out using a subset of 15 cloud scenes that satisfied strict aircraft collocation and microphysical requirements. Using the in situ microphysical data, it was found that ice extinction fractions of 14 % and 76 % most closely matched the upper and lower bounds of the lidar mixed-phase classification.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216646/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A method to retrieve mixed-phase cloud vertical structure from airborne lidar
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Crosbie, EwanNASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hair, JonathanNASA Langley Research Center, Hampton, VI, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nehrir, AminNASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ferrare, RichardNASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hostetler, C. A.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shingler, TaylorNasa Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harper, David B.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fenn, Marta A.NASA Langley Research Center, Hampton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Collins, JamesNASA Langley Research Center, HamptonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barton-Grimley, RoryNASA Langley Research Center, HamptonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Collister, Brian L.NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thornhill, Kenneth L.NASA Langley Research Center, Hampton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Kirschler, SimonDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-4232-8277192223395
Sorooshian, ArminThe University of Arizona, Tucson, Arizona, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Juni 2025
Erschienen in:Atmospheric Measurement Techniques
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.5194/amt-18-2639-2025
Seitenbereich:Seiten 2639-2658
Verlag:Copernicus Publications
Name der Reihe:Atmospheric Measurement Techinques
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cloud phase information, NASA Langley airborne High Spectral Resolution Lidar systems, mixed-phase cloud conditions, airborne lidar
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:19 Sep 2025 10:03
Letzte Änderung:23 Sep 2025 13:38

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