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Climate Engineering by Arctic Winter Cirrus Thinning: Risks andFeasibility (AWiCiT)

English title Climate Engineering by Arctic Winter Cirrus Thinning: Risks andFeasibility (AWiCiT)
Applicant Lohmann Ulrike
Number 166726
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Atmosphäre und Klima ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Meteorology
Start/End 01.05.2016 - 30.04.2019
Approved amount 190'007.00
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Keywords (9)

climate modeling; cloud microphysics; cirrus; ice crystals; climate engineering; geoengineering; cirrus seeding; cirrus thinning; arctic winter cirrus

Lay Summary (German)

Lead
Zirren sind hohe dünne Wolken aus Eiskristallen, die meist eine erwärmende Wirkung auf das Klima haben. Die Eiskristalle können sich mit und ohne Eiskeime (z.B. Staubpartikel) bilden. Entstehen sie an Eiskeimen, bilden sich weniger aber größere Kristalle, die schneller sedimentieren, sodass diese Zirren eine geringere Lebenszeit haben.Die Idee ist nun, entlang von Flugzeugrouten über der Arktis zusätzliche Eiskeime in die Atmosphäre zu sprühen. Dadurch würden die Zirren ausgedünnt und ihre erwärmende Wirkung reduziert. Da im Rahmen des Klimawandels eine besonders starke Erwärmung der Arktis erwartet wird, könnte das Ausdünnen der Zirren dieser Erwärmung entgegenwirken.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Im Rahmen des Forschungsprojekts werden wir mit Computermodellen untersuchen, ob das Ausdünnen der arktischen Zirren generell funktionieren könnte und falls ja, wie stark die erwartete Abkühlung ausfallen würde.
Hierzu werden wir zuerst untersuchen, wie sich die arktischen Zirren im heutigen Klima hauptsächlich bilden. Dann werden wir den Einfluss der zusätzlichen Eiskeime auf die Zirren simulieren und beobachten, wie stark die arktische Erwärmung und der Rückgang des arktischen Meereises verlangsamt werden können. Zusätzlich wollen wir erforschen, welche Risiken und Nebenwirkungen mit dem Ausdünnen der Zirren verbunden sein könnten.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Da Wolken im Allgemeinen und insbesondere Zirrus Wolken noch nicht gut erforscht sind, wird unsere Arbeit helfen, diese besser zu verstehen und zu simulieren. Auch über das Ausdünnen von Zirren ist aktuell noch nicht bekannt, ob es überhaupt funktionieren könnte. Sollte es sich in unserem Modell als effektiv herausstellen, wäre das Ausdünnen von Zirren eine Alternative oder Ergänzung zu der Idee, dem menschgemachten Treibhauseffekt teilweise durch Einbringung von Schwefelaerosolen in die Stratosphäre entgegenzuwirken. Insofern könnte es als eine mögliche technologische Reaktion der Menschheit auf den Klimawandel diskutiert werden.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.05.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Cirrus Cloud Properties as Seen by the CALIPSO Satellite and ECHAM-HAM Global Climate Model
Gasparini B., Meyer A., Neubauer D., Münch S., Lohmann U. (2018), Cirrus Cloud Properties as Seen by the CALIPSO Satellite and ECHAM-HAM Global Climate Model, in Journal of Climate, 31(5), 1983-2003.
Is increasing ice crystal sedimentation velocity in geoengineering simulations a good proxy for cirrus cloud seeding?
Gasparini Blaž, Münch Steffen, Poncet Laure, Feldmann Monika, Lohmann Ulrike (2017), Is increasing ice crystal sedimentation velocity in geoengineering simulations a good proxy for cirrus cloud seeding?, in Atmospheric Chemistry and Physics, 17(7), 4871-4885.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
15th Conference on Cloud Physics (AMS) Poster A Process-Based Cloud Cover Parameterization for the ECHAM-HAM Global Climate Model 09.07.2018 Vancouver, Canada Münch Steffen;
Radiation Management Climate Engineering: Technology, Modeling, Efficacy and Risks Poster Which cirrus clouds can be modified by cirrus seeding? 23.07.2017 Newry,ME, United States of America Münch Steffen;
Radiation Management Climate Engineering: Technology, Modeling, Efficacy and Risks Talk given at a conference Cirrus seeding: Understanding the complicated little sister of stratospheric geoengineering 23.07.2017 Newry,ME, United States of America Lohmann Ulrike;
Swiss Climate Summer School “Climate Risks – Coping with Uncertainty” Poster Cirrus cloud modeling and climate engineering 28.08.2016 Grindelwald, Switzerland Münch Steffen;
Swiss Climate Summer School “Climate Risks – Coping with Uncertainty” Talk given at a conference Geoengineering (radiation management): the scientific basis and risks 28.08.2016 Grindelwald, Switzerland Lohmann Ulrike;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Print (books, brochures, leaflets) Climate change, negative emissions and solar radiation management: It is time for an open... Rhaeto-Romanic Switzerland Western Switzerland Italian-speaking Switzerland German-speaking Switzerland 2017

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
175824 Exploiting orographic clouds for constraining the sources of ice crystals 01.10.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Climate Engineering (CE) methods are discussed as possible instruments to counteract negative climate change impacts. In addition to carbon dioxide removal and solar radiation management, a method that suggests increases in the outgoing longwave radiation by reducing the warming effect of cirrus clouds has been proposed and that we plan to follow up in this proposal. In order to maximize the focus on longwave radiation, we focus on thinning of Arctic cirrus in winter with the goal to answer the following question: Is Arctic winter cirrus thinning (AWiCiT) feasible and what is the maximum extent of cooling that could be achieved? The risks and side effects of AWiCiT will be studied regionally in terms of possible changes in the Arctic stratosphere including possible modifications of the ozone layer and lower-lying clouds by applying the ICON-ART weather-chemistry forecast model. Possible effects on the global circulation, ocean currents and sea ice coverage will be addressed using the coupled aerosol- atmosphere-ocean global climate model MPI-ESM-HAM.In order to address these questions, we need to validate if the current models are good enough to tackle the questions formulated above. In particular, can they reproduce the observed extent and vertical distribution of cirrus in the Arctic winter? What are the transport pathways of natural and seeding ice nucleating particles (INP) under the dynamic conditions of the Arctic winter? They need to be studied in order to estimate the lifetimes of seeding particles in the desired region. Are the altitudes and routes of the high-flying commercial aircraft sufficient to seed an appreciable fraction of Arctic cirrus or should the seeding area be extended to mid-latitudes? Is under these conditions Bismuth-Tri-iodide (BiJ3), the currently proposed seeing aerosol particle the best seeding agent?Cirrus thinning is only effective if the natural cirrus form predominantly by homogeneous freezing of solution droplets. If they mainly form by heterogeneous freezing on INP, seeding could cause an overseeding leading to a warming instead of a cooling. Therefore the cirrus properties, especially in terms of the contribution of heterogeneous freezing to their formation in the present-day climate, need to be assessed.
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