Repräsentierung von Mischphasenwolken im spektralen gekoppelten Wolkenmikrophysikmodells COSMO-SPECS und Vergleich mit Fernerkundungsbeobachtungen

Während der Feldkampagnen CyCyare (Limassol, Zypern) und DACAPO-PESO (Punta Arenas, Chile) wurden Fernerkundungsmethoden zur Untersuchung von Mischphasenwolken eingesetzt. Die beiden Standorte zeigen unterschiedliche Aerosolbelastungen mit sehr sauberen, marinen Luftmassen über dem Süden Chiles und höheren Aerosolmassen- und -anzahlkonzentrationen über Zypern, die häufig staubbelastet sind. Die Beobachtungen deuten auf unterschiedliche Wolkeneigenschaften hin. Um die Eigenschaften und die Entwicklung der beobachteten Wolken sowie ihre Beziehung zum umgebenden Aerosol weiter zu untersuchen, wurde das detaillierte gekoppelte mikrophysikalische Wolkenmodell COSMO-SPECS für ausgewählte reale Fallstudien angewendet.

Das SPECtral bin cloud microphysicS Modell SPECS wurde entwickelt, um Wolkenprozesse unter Verwendung von fixed-bin Größenverteilungen von Aerosolpartikeln und von flüssigen und gefrorenen Hydrometeoren zu simulieren. Es wurde in das numerische Wettervorhersagemodell COSMO implementiert und ersetzt dort die vorhandene Wolkenmikrophysik. COSMO-SPECS wurde bisher für idealisierte Fallstudien mit horizontal periodischen Randbedingungen verwendet. Mit der Berücksichtigung seitlicher Randbedingungen für die Hydrometerspektren können nun auch hochauflösende reale Fallstudien auf genesteten Gittern durchgeführt werden. Dabei wird der meteorologische Treiber COSMO mit seiner Standard-Zweimoment-Wolkenmikrophysik in mehreren Schritten auf immer feineren Gittern mit zunehmender horizontaler Auflösung angewendet. Schließlich wird das COSMO-SPECS-Modellsystem auf den innersten Gebiet mit einer horizontalen Auflösung von einigen hundert Metern angewandt, wobei Randbedingung verwendet werden, die aus dem feinsten antreibenden COSMO-Gebiet stammen. Zu diesem Zweck müssen die nicht-größenaufgelösten Hydrometeorfelder des antreibenden Modells in die entsprechenden Hydrometormassen- und -anzahlverteilungen der Hydrometerspektren von SPECS übersetzt werden.

In dieser Arbeit präsentieren wir Ergebnisse für ausgewählte Fallstudien von Mischphasenwolken, die während CyCyare und DACAPO-PESO beobachtet wurden. Mit einer Reihe von Modellsimulationen wurde die Abhängigkeit der resultierenden Wolkeneigenschaften und der Niederschlagsbildung von der INP- und Aerosolkonzentration sowie spezifischer mikrophysikalischer Prozesse untersucht. Die Ergebnisse der Modellsimulationen wurden mit den vorhandenen LIDAR- und Wolkenradarbeobachtungen an den beiden Standorten verglichen.