Discipline

Backscatter Measurements; Humidity Measurements; Cirrus Modelling; Western Pacific Warm Pool; Stratospheric Water Vapor; Climate Impact

Lead
Trotz seines bekannten Einflusses auf Strahlungshaushalt der Erde und Atmosphärenchemie liegen nur wenig gesicherte Erkenntnisse über den stratosphärischen Wasserdampf-Trend vor. Der pazifische „warm-pool“ ist als Haut-Eintrittsgebiet von troposphärischer Luft in die Stratosphäre und somit von besonderer Bedeutung für Entwicklung und Verteilung von Feuchte in der Stratosphäre. Obwohl Satellitenbeobachtung und Modellierung deutlich ver-bessert wurden, verstehen wir die Dehydrierungs-Vorgänge nur unzureichend, denn es man-gelt den Beobachtungen an räumlicher Auflösung und den Modellen an detaillierte Kenntnis der Mikrophysik. Daher sind im EU-Projekt StratoClim für den Sommer 2015 Felduntersu-chungen mit internationaler Beteiligung auf der Pazifikinsel Palau vorgesehen, zu denen dieses Projekt beiträgt.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts Unsere Arbeiten zielen darauf, durch (i) Ballonsondierungen mit hochwertigen Instrumenten die räumliche und zeitliche Struktur von Atmosphärenwellen sowie die Verteilung von Wasserdampf, Ozon und Aerosol zu messen; (ii) Mikrophysik-Modellierungen entlang der Lufttrajektorien zu den Messpunkten mit überlagerten kleinskaligen Temperaturfluktuationen vorzunehmen und damit die mikrophysikalischen Wechselwirkungen zwischen Aerosol und Wolken zu untersuchen; (iii) Vorgänge systematisch einzugrenzen, welche zu der bekannten, aber unverstandenen Übersättigung in Wolken führen. Zusammengenommen zielt dies auf die Entwicklung einer neuen, für Klimamodelle geeigneten Parametrisierung der Eiswolken-Mikrophysik. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Unsere Arbeit wird wichtige Informationen zur Grösse des Wasserdampfeintrages in die Stratosphäre und über die dabei zugrunde liegenden Schlüsselprozesse liefern. Damit schafft sie eine verbesserte Basis für die weitere Modellierung des Einflusses von Wasserdampf auf den Klimawandel.

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Last update: 08.07.2014

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Water vapor trends in the stratosphere are not well understood despite their recognized importance in the Earth’s radiation budget and air chemistry. To understand the evolution and distribution of stratospheric humidity the Pacific warm pool deserves special attention, as it is a key region for air entry into the stratosphere. Notwithstanding growing knowledge from satellite observations and increasing global model capabilities, our understanding of the dehydration processes remains limited due to lack of spatial resolution of the observations, incomplete knowledge of microphysical processes and their sometimes inadequate representation in models. This calls for detailed field studies in the Pacific warm pool region as laid out in the BATTREX (BAlloonsonde Tropical TRopopause EXperiment) proposal submitted to the US NSF in June 2012 (see appendix), suggesting two extensive balloon field campaigns to be performed by an international consortium from the US, Chile, Japan, the UK, and Switzerland. The campaigns will be located at Manus Island (Papua New Guinea) in the maritime continent, taking place in Jan/Feb and June/July 2014. This study aims to - characterize the temporal, horizontal and vertical structure of atmospheric waves from balloonsonde temperature, wind and tracer data, - measure distributions of water vapor, ozone and aerosols and clouds by means of highest quality, light-weight sonde instrumentation,- determine the impact seasonal and intra-seasonal TTL variability with respect to temperature and water vapor from intense observation phases in two seasons,- characterize the aerosol-cloud-meteorology interactions from microphysical modeling applied to cooling air masses including small-scale temperature fluctuations, (dT/dt)ss ,- systematically constrain processes responsible for supersaturations in and around cirrus, - provide a basis for suitable parameterizations for (dT/dt)ss and microphysics for implementation in global climate models. This is work in a notoriously difficult (with respect to temperature and humidity) and hardly accessible environment. We have previously developed a Compact Optical Backscatter AerosoL Detector (COBALD), which is a lightweight sonde for accurate measurements of aerosol and cloud backscatter. COBALD has become an essential complement to high quality measurements of atmospheric water vapor, used in a number of international collaborations. Within the US component of BATTREX funding is included for 42 COBALD sondes to be built and supplied by ETH. We intend to strengthen this collaboration by participating in the field campaign, joint science meetings, launch preparation, sharing of the wealth of expected radio-sonde data, and contributing a strong modeling component. Our group has a high expertise regarding the analysis and modeling of the sonde data. We will contribute microphysical box and column modeling of cloud processes along air particle trajectories using the Zurich Optical and Microphysical Model (ZOMM) and the Physical Ascent Model for Sounding balloons (PAMS), constraining waves and vertical wind fluctuations by means of the sonde GPS data.