Project

Discipline

trajectories; high-resolution numerical modelling; stable water isotopes; ice clouds; monsoon; convection; meteorology

Lead
Eiswolken in den Tropen spielen eine zentrale Rolle für den Energiehaushalt der Erde. Die komplexen Prozesse bei der Bildung dieser Wolken sind jedoch erst teilweise verstanden und in Klimamodellen nur näherungsweise repräsentiert. Die detaillierte Untersuchung der Eiswolken in Simulationen tropischer Monsunsysteme in diesem Projekt soll helfen, ihre Bildungsprozesse in Modellen besser zu verstehen. Als Werkzeug verwenden wir dafür auch die Simulation stabiler Wasserisotope.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts Unser übergeordnetes Ziel ist es, zu einem verbesserten Verständnis der Wolkenbildungsprozesse im afrikanischen und asiatischen Monsun beizutragen. Dazu werden wir hochauflösende Simulationen der Monsunsysteme durchführen und mit Hilfe von Trajektorien unterschiedliche Bildungsprozesse identifizieren und ihre Signatur im Isotopengehalt des Eis quantifizieren. Dafür verwenden wir eine spezielle, von uns entwickelte, Version des Wettervorhersagemodells COSMO. Die Auswertung dieser Simulationen, in Kombination mit Messungen von den Feldmesskampagnen DACCIWA und STRATOclim, wird einen neuartigen Einblick in die vielfältigen Bildungsmechanismen von Eiswolken in Monsunsystemen erlauben.   Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Unsere Arbeit wird neue Informationen liefern zu den physikalischen Prozessen, die für den globalen Energiehaushalt und damit für globale Klimasimulationen essentiell sind. Der Fokus des Projekts liegt auf Wolken im afrikanischen und asiatischen Monsun, d.h. in Wettersystemen, die für die Bevölkerung und Ökonomie dieser Regionen prägend sind.

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Last update: 22.09.2017

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The representation of tropical cirrus clouds in climate models is uncertain, and an improved understanding is required of their structure, formation mechanisms, and variability. We contribute to the U.S. PIRE project on tropical cirrus clouds by combining our expertise in the high-resolution regional modeling of stable water isotopes and in the detailed Lagrangian analysis of microphysical processes leading to cloud formation. These models and diagnostic techniques have been developed during the last years for studying aspects of the atmospheric water cycle in the extratropics - here they will be, for the first time, combined and applied to the complex processes associated with ice cloud formation in the African and Asian monsoon systems, as simulated with high-resolution convection-permitting simulations. We will distinguish three main cirrus formation pathways: (i) from convective clouds (rapid ascent, ice formation mainly via freezing of liquid cloud particles), (ii) from slantwise ascent in baroclinic regions (slow ascent, ice formation again via the liquid phase), and (iii) from in situ cloud formation (directly from the gas phase). Our methodological approach will ideally complement the research activities from the U.S. project partners, and allow addressing the following main scientific objectives: (1) quantify the relative role of the three formation pathways for cirrus clouds in the monsoon regions; (2) assess the potential differences in the spectrum of the isotopic signature of the three types of cirrus clouds; (3) achieve an improved understanding of the microphysical processes that determine the isotopic composition of cirrus clouds; and (4) investigate whether the isotopic composition of cirrus clouds reflects information about the temporal variability of the intensity of the monsoon systems.