Work Package Modelling (WP-M): Modeling, Parameterizations, and Synthesis of results

In INUIT Phase 1 lag der Schwerpunkt des WP-M auf dem Transfer der INUIT Labor- und Feldergebnisse in Parameterisierungen und deren Implementierung in Wolken- und Klimamodelle. In einem ausführlichen Review haben Hoose und Möhler (2012) die Ergebnisse von über 90 Laborstudien heterogener Eisnukleation an Aerosolen zusammengestellt.

Für das Einsetzen der Eisnukleation von Mineralstaub, Ruß, biologischer, organischer und kristalliner Ammoniumsulfat-Partikel können typische Temperatur-Übersättigungsbereiche bestimmt werden. Die verschiedenen Partikelgrößen und aktivierten Fraktionen, über die in verschiedenen Studien berichtet wird, müssen allerdings berücksichtigt werden, wenn man die Resultate vergleicht, die mit unterschiedlichen Methoden erreicht wurden, z.B. durch Nutzung der Ice Nucleation Active Site (INAS) Density Beschreibung.

In RP5 wurden neue laborbasierte Eisnukleations-Parameterisierungen in ein Mesoskalenmodell implementiert, mit den herkömmlichen Parameterisierungen für Fallstudien orographischer Wolken verglichen, und die Auswirkungen auf die Wolkeneigenschaften quantifiziert.

In RP3 wurde ein Luftpaketmodell mit einem detaillierten spektralem Wolkenmikrophysikschema benutzt, um den Einfluss von Typ und Anzahl der eisbildenden Partikel auf mischphasige konvektive Wolken zu untersuchen. Das Modell beinhaltet nun Tropfen-Volumen-abhängiges homogenes Gefrieren sowie drei heterogene Gefriermoden: Immersionsgefrieren direkt abhängig von der Partikelmasse in den Tropfen, Kontaktgefrieren partikelgrößen-aufgelöst, und Depositionsgefrieren als Funktion von Eisübersättigung. Parameterisierungen für verschiedene eisbildende Partikeltypen sind enthalten (Diehl and Mitra, 2015).

In INUIT Phase 2 wird der Fokus dieses Work Packages auf der numerischen Bewertung der heterogenen Eisnukleation in der Atmosphäre und ihrer Bedeutung für Wolkenparameter liegen. Die spezifischen Ziele des WP-M sind:

• Bewertung der atmosphärischen Relevanz der Eisnukleations-Regimes (Temperatur, relative Feuchtigkeit und INP Konzentrationen), die in WP-L und WP-F untersucht wurden
• Beitrag zum Aufbau und Gebrauch der neuen Community Datenbank für veröffentliche Laborergebnisse für Eisnukleation (mit WP-L)
• Erweiterung der Parameterisierungskonzepte, die während der ersten INUIT Phase entwickelt wurden, um einen umfassenden und konsistenten Rahmen für Wolken-, Wetter- und Klimamodelle zu bieten (Zusammenarbeit mit WP-L)
• Quantifizierung des Beitrags aller möglichen Eisnukleationsmoden zu der atmosphärischen Eisbildung in verschiedenen Wolkenregimen
• Untersuchung der Sensitivität der Wolken-Makrostruktur und Niederschlagsmenge gegenüber realistischen Störungen in der INP Verteilung
• Erweiterung von zwei Atmosphärensimulationsmodellen (einem dreidimensionalen, konvektionsauflösenden Modell mit spektralem Mikrophysikschema und ein LES-Modell mit Zweimomentenmikrophysikschema) durch mechanistische Behandlung von Eisnukleation
• Rechnungen zu den „potentiellen INP Schließungsstudien“ (Zusammenarbeit mit WP-L und WP-F)
• Beitrag von Modellierungs-Tools zu den Internationalen Eisnukleations-Workshops in 2015 (Zusammenarbeit mit WP-F und WP-L)