scholarly journals STORMVEX. Ice Nuclei and Cloud Condensation Nuclei Characterization Field Campaign Report

2016 ◽  
Author(s):  
D. Cziczo
Keyword(s):  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Field Campaign ◽  
Ice Nuclei

scholarly journals Measurement report: Altitudinal variation of CCN activation across the Indo-Gangetic Plains prior to monsoon onset and during peak monsoon periods: Results from the SWAAMI field campaign

2020 ◽  
Author(s):  
Mohanan R. Manoj ◽  
Sreedharan K. Satheesh ◽  
Krishnaswamy K. Moorthy ◽  
Jamie Trembath ◽  
Hugh Coe
Keyword(s):  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Active Phase ◽  
Monsoon Onset ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Gangetic Plain ◽  
Gangetic Plains ◽  
Field Campaign ◽  
Vertical Distributions ◽  
High Concentrations ◽  
Indo Gangetic Plain

Abstract. Vertical distributions (altitude profiles) of condensation nuclei (CN) and cloud condensation nuclei (CCN) and their spatial variations across the Indo-Gangetic Plain (IGP) have been investigated based on air-borne measurements carried out during the SWAAMI field campaign (June to July, 2016) capturing the contrasting phases of the Indian monsoon activity in 2016; just prior to its onset and during its active phase. Prior to the monsoon onset, high concentrations of CN and CCN prevailed across the IGP and the profiles revealed frequent occurrence of elevated layers (in the altitude range 1–3 km). Highest concentrations and elevated peaks with high values occurred over the central IGP. The scenario changed dramatically during the active phase of the monsoon, when the CN and CCN concentrations dropped (CN by 20 to 30 % and CCN by 6 to 25 %) throughout the IGP with more pronounced changes at altitudes higher than 3 km where decreases as high as > 80 % were observed. These reductions have an east to west decreasing gradient; being most remarkable in the eastern IGP and very weak over the western IGP where the CN concentrations above 3 km increased during the monsoon. The activation ratios (AR) showed contrasting features, increasing with increase in altitude, prior to the onset of monsoon, reversing the trend to decrease with increase in altitude during the active phase of the monsoon. The supersaturation spectrum became flatter during the active phase of the monsoon indicating an increase in the hygroscopicity of aerosols, following the mixing of surface-based emissions with the advected marine airmass.

scholarly journals The Roles of Mineral Dust as Cloud Condensation Nuclei and Ice Nuclei During the Evolution of a Hail Storm

2019 ◽  
Vol 124 (24) ◽  
pp. 14262-14284 ◽  
Author(s):  
Qian Chen ◽  
Yan Yin ◽  
Hui Jiang ◽  
Zhigang Chu ◽  
Lulin Xue ◽  
...  
Keyword(s):  
Mineral Dust ◽  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Ice Nuclei

scholarly journals Desert dust interactions with the atmospheric environment

2021 ◽  
Author(s):  
Κωνσταντίνος Τσαρπαλής
Keyword(s):  
Air Force ◽  
Indirect Effect ◽  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Atmospheric Environment ◽  
Weather Research And Forecasting ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Desert Dust ◽  
Ice Nuclei ◽  
Double Moment ◽  
Subtropical Jetstream

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο κλίμα και στον καιρό έχουν μελετηθεί μέσα από πλήθος εργασιών της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας. Η αλληλεπίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων με το ατμοσφαιρικό περιβάλλον σχετίζεται άμεσα με πλήθος μηχανισμών μέσα στην ατμόσφαιρα, οι οποίοι καθιστούν την πρόγνωση του καιρού και τις κλιματικές προσομοιώσεις ιδιαίτερα πολύπλοκες. Πιο συγκεκριμένα, τα αιωρούμενα σωματίδια μεταβάλλουν άμεσα το ισοζύγιο της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα (direct effect), επιδρούν στο βιοχημικό κύκλο των θαλάσσιων και χερσαίων οικοσυστημάτων και επηρεάζουν την ανθρώπινη υγεία. Επιπλέον, επηρεάζουν τον υδρολογικό κύκλο το σχηματισμό των νεφών (indirect effect) και την κατανομή του υετού.Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της έμμεσης επίδρασης των σωματιδίων της ερημικής σκόνης στο σχηματισμό των νεφών και του υετού, μέσω του πλήρως συζευγμένου μετεωρολογικού – χημικού μοντέλου Weather Research and Forecasting/Chemistry (WRF/Chem). Ως πρώτο βήμα, αξιολογήθηκαν τα τρία σχήματα εκπομπής σκόνης του πακέτου Goddard Global Ozone Chemistry Aerosol Radiation and Transport – GOCART μέσω μιας μελέτης περίπτωσης αμμοθύελλας που εκδηλώθηκε στην περιοχή της Μεσογείου. Το συγκεκριμένο φαινόμενο σχετίζεται με σημαντικές συνθήκες αστάθειας και αγεωστροφικότητας στις περιοχές που θεωρούνται πηγές σκόνης. Πάνω από τις συγκεκριμένες περιοχές παρατηρήθηκε σύγκλιση του πολικού (Polar Jetstream – PJ) και υποτροπικού αεροχειμάρρου (Subtropical Jetstream – STJ), αλλά και αναδίπλωση της τροπόσφαιρας. Τα σχήματα σκόνης τα οποία αξιολογήθηκαν είναι το πρωτότυπο GOCART, το ανανεωμένο GOCART – AFWA από την υπηρεσία καιρού της πολεμικής αεροπορίας των Ηνωμένων Πολιτειών (Air Force Weather Agency - AFWA) και το ανανεωμένο GOCART – UoC από το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας (University of Cologne – UoC). Η απόκριση των παραπάνω σχημάτων στα παραπάνω φαινόμενα αξιολογήθηκε μέσω σύγκρισης των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων. To GOCART – AFWA παρουσίασε τους καλύτερους στατιστικούς δείκτες ενώ είχε και την πιο ικανοποιητική χωροχρονική απεικόνιση των συγκεντρώσεων της μεταφερόμενης σκόνης. Επομένως, το GOCART – AFWA είναι και το σχήμα που χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω στην εξέλιξη της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Επιπλέον, η μελέτη των μηχανισμών της υγρής εναπόθεσης κυρίως μέσα στην περιοχή των νεφών αποτέλεσε ένα επιπλέον προπαρασκευαστικό βήμα. Το GOCART – AFWA στην πρωτότυπή του μορφή δεν υποστηρίζει κάποιο σχήμα υγρής εναπόθεσης. Επομένως το σχήμα υγρής εναπόθεσης των Seinfeld & Pandis (1998), εισήχθη στο εν λόγω σχήμα, για την περιοχή εντός του νέφους όσο και για την περιοχή κάτω από αυτό. Η υγρή εναπόθεση εντός του νέφους έχει ιδιαίτερη σημασία και λαμβάνει χώρα σε ύψη από 3.5 km και πάνω όπου κυρίως σάρωση των μικρότερων σωματιδίων πραγματοποιείται. Η εισαγωγή ενός σχήματος υγρής εναπόθεσης έχει ιδιαίτερη σημασία κυρίως για την περιοχή εντός του νέφους, αφού τροποποιεί σημαντικά τη συγκέντρωση των σωματιδίων σκόνης που θα δράσουν σαν επιπλέον πυρήνες συμπύκνωσης (Cloud Condensation Nuclei – CCN) στην εν λόγω περιοχή. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων με δεδομένα παρατηρήσεων έδειξαν ότι το παραπάνω σχήμα υγρής εναπόθεσης βελτιώνει τη γενικότερη προγνωστική ικανότητα του μοντέλου καθώς περιορίζεται η υπερεκτίμηση στον υπολογισμό των συγκεντρώσεων σκόνης. Η επίδραση των σωματιδίων της σκόνης που δρουν ως πυρήνες συμπύκνωσης (Cloud Condensation Nuclei – CCN) μελετήθηκε μέσω της εισαγωγής του σχήματος πυρηνοποίησης των Fountoukis & Nenes (2005) σε ένα double moment σχήμα μικροφυσικής του WRF/Chem. Ομοίως με τους μηχανισμούς υγρής εναπόθεσης, το GOCART – AFWA δεν υποστηρίζει κάποιο σχήμα πυρηνοποίησης των προσομοιωμένων σωματιδίων σκόνης. Αντ’ αυτού, μια σταθερή αρχική συγκέντρωση CCN χρησιμοποιείται για την περαιτέρω χωροχρονική των CCN. Επιπλέον, η επίδραση των προσομοιωμένων CCN μέσω του σχήματος Fountoukis & Nenes (2005) σε μηχανισμούς ανωμεταφοράς (convection) έχει επίσης ληφθεί υπόψιν. Η παραπάνω επίδραση έχει εξεταστεί ακόμα και σε χωρικές αναλύσεις που ανήκουν στη λεγόμενη «γκρίζα ζώνη» (6 – 10 km). Σε ό,τι αφορά στην ανωτέρω «γκρίζα ζώνη», υπάρχει μια διχογνωμία στη διεθνή επιστημονική κοινότητα για το αν οι μηχανισμοί ανωμεταφοράς θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένοι, καθώς υπάρχουν νεότερες μελέτες οι στις οποίες οι παραπάνω μηχανισμοί λαμβάνονται υπόψιν. Ωστόσο, δεν έχει συμπεριληφθεί μέχρι στιγμής η επίδραση των CCN που υπολογίζονται με δυναμικό τρόπο στους παραπάνω μηχανισμούς. Συγκρίσεις των προϊόντων του μοντέλου με παρατηρήσεις έδειξαν ότι η προγνωστική ικανότητα του μοντέλου σχετικά με την κατανομή του υετού βελτιώνεται σημαντικά. Αξιοσημείωτη είναι η θετική επίδραση του παραπάνω σχήματος πυρηνοποίησης ακόμα και ημέρες μετά την εκδήλωση της μεταφοράς σκόνης όπου η βροχόπτωση εμφανίζεται ενισχυμένη. Ενίσχυση βροχόπτωσης παρατηρείται και σε περιοχές μακριά από την εκδήλωση των φαινομένων σκόνης. Αντιθέτως, η βροχόπτωση περιορίζεται σε περιοχές και χρονικές περιόδους που δεν απέχουν σημαντικά από τα φαινόμενα μεταφοράς σκόνης. Επιπλέον, παρόλο που στη συγκεκριμένη διατριβή τα σωματίδια σκόνης δεν συμμετέχουν σε παραμετροποιήσεις πυρήνων πάγου (ice nuclei – IN), το εν λόγω σχήμα πυρηνοποίησης συμβάλλει σε μια ικανοποιητική απόκριση μεταξύ αναλογίας μείγματος νεφοσταγόνων και πάγου. Επιπλέον, σε ό,τι αφορά στις οπτικές ιδιότητες των σωματιδίων σκόνης, το σχήμα πυρηνοποίησης περιορίζει συστηματικά και μέσα τεταραγωνικά σφάλματα. Τέλος, οι συγκρίσεις των συγκεντρώσεων των CCN με μετρήσεις, έδειξαν ικανοποιητικότερους συντελεστές συσχέτισης μετά την εισαγωγή του σχήματος πυρηνοποίησης.

A Method for Forecasting Cloud Condensation Nuclei Using Predictions of Aerosol Physical and Chemical Properties from WRF/Chem

2011 ◽  
Vol 50 (7) ◽  
pp. 1601-1615 ◽  
Author(s):  
Daniel Ward ◽  
William Cotton
Keyword(s):  
Hydrological Cycle ◽  
Spatial Scales ◽  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Cloud Microphysics ◽  
Atmospheric Modeling ◽  
Number Concentration ◽  
Integrated System ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Field Campaign ◽  
Physical And Chemical

AbstractModel investigations of aerosol–cloud interactions across spatial scales are necessary to advance basic understanding of aerosol impacts on climate and the hydrological cycle. Yet these interactions are complex, involving numerous physical and chemical processes. Models capable of combining aerosol dynamics and chemistry with detailed cloud microphysics are recent developments. In this study, predictions of aerosol characteristics from the Weather Research and Forecasting Model with Chemistry (WRF/Chem) are integrated into the Regional Atmospheric Modeling System microphysics package to form the basis of a coupled model that is capable of predicting the evolution of atmospheric aerosols from gas-phase emissions to droplet activation. The new integrated system is evaluated against measurements of cloud condensation nuclei (CCN) from a land-based field campaign and an aircraft-based field campaign in Colorado. The model results show the ability to capture vertical variations in CCN number concentration within an anthropogenic pollution plume. In a remote continental location the model-forecast CCN number concentration exhibits a positive bias that is attributable in part to an overprediction of the aerosol hygroscopicity that results from an underprediction in the organic aerosol mass fraction. In general, the new system for predicting CCN from forecast aerosol fields improves on the existing scheme in which aerosol quantities were user prescribed.

scholarly journals Modeling Study of Ice Formation in Warm-Based Precipitating Shallow Cumulus Clouds

2012 ◽  
Vol 69 (11) ◽  
pp. 3315-3335 ◽  
Author(s):  
Jiming Sun ◽  
Parisa A. Ariya ◽  
Henry G. Leighton ◽  
Man Kong Yau
Keyword(s):  
Cloud Model ◽  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Interaction Model ◽  
Convective Cloud ◽  
Liquid Droplets ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Cumulus Clouds ◽  
Ice Nuclei ◽  
Shallow Cumulus ◽  
Ice Particles

Abstract Observations of large concentrations of ice particles in the dissipating stage of warm-based precipitating shallow cumulus clouds point to the limitations of scientists’ understanding of the physics of such clouds and the possible role of cloud dynamics. The most commonly accepted mechanisms of ice splinter production in the riming process have limitations to properly explain the rapid production of ice bursts. A more detailed description of the temporal and spatial evolution of hydrometeors and their interaction with cloud condensation nuclei and ice nuclei is needed to understand this phenomenon. A cloud model with bin-resolved microphysics can describe the time-dependent evolution of liquid droplets and ice particles and provide insights into how the physics and dynamics and their interaction may result in ice initiation and ice multiplication. The authors developed a 1.5-dimensional nonhydrostatic convective cloud and aerosol interaction model with spectral (bin) microphysics. The number and mass concentrations of aerosols, including ice nuclei and cloud condensation nuclei, were explicitly followed. Since both in situ observations of bioaerosols and laboratory experiments pointed to efficient nucleation capabilities at relative warm temperatures, it was assumed that ice-nucleating bioaerosols are involved in primary ice particle formation in condensation and immersion modes. Results show that bioaerosols can be the source of primary ice pellets, which in turn lead to high ice concentrations.

scholarly journals Measurement report: Altitudinal variation of cloud condensation nuclei activation across the Indo-Gangetic Plain prior to monsoon onset and during peak monsoon periods: results from the SWAAMI field campaign

2021 ◽  
Vol 21 (11) ◽  
pp. 8979-8997
Author(s):  
Mohanan R. Manoj ◽  
Sreedharan K. Satheesh ◽  
Krishnaswamy K. Moorthy ◽  
Jamie Trembath ◽  
Hugh Coe
Keyword(s):  
Cloud Condensation Nuclei ◽  
Active Phase ◽  
Monsoon Onset ◽  
Condensation Nuclei ◽  
Gangetic Plain ◽  
Field Campaign ◽  
Airborne Measurements ◽  
Vertical Distributions ◽  
High Concentrations ◽  
Indo Gangetic Plain

Abstract. Vertical distributions (altitude profiles) of condensation nuclei (CN) and cloud condensation nuclei (CCN) and their spatial variations across the Indo-Gangetic Plain (IGP) have been investigated based on airborne measurements carried out during the SWAAMI field campaign (June to July 2016) capturing the contrasting phases of the Indian monsoon activity in 2016 just prior to its onset and during its active phase. Prior to the monsoon onset, high concentrations of CN and CCN prevailed across the IGP, and the profiles revealed frequent occurrence of elevated layers (in the altitude range 1–3 km). Highest concentrations and elevated peaks with high values occurred over the central IGP. The scenario changed dramatically during the active phase of the monsoon, when the CN and CCN concentrations dropped (CN by 20 % to 30 % and CCN by 6 % to 25 %) throughout the IGP with more pronounced changes at altitudes higher than 3 km where decreases as high as > 80 % were observed. These reductions have an east-to-west decreasing gradient, being most remarkable in the eastern IGP and very weak over the western IGP where the CN concentrations above 3 km increased during the monsoon. The activation ratios (ARs) showed contrasting features, increasing with increase in altitude, prior to the onset of monsoon, reversing the trend to decrease with increase in altitude during the active phase of the monsoon. The supersaturation spectrum became flatter during the active phase of the monsoon, indicating an increase in the hygroscopicity of aerosols following the mixing of surface-based emissions with the advected marine air mass.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document