DACH-5

Polarmeteorologie/Polar meteorology

DACH-5

Polarmeteorologie/Polar meteorology

Conveners: Burghard Dr. Brümmer, Dörthe Handorf, Heike Kalesse-Los

Oral programme

| Wed, 23 Mar, 09:30–11:00|Hörsaal 3

Poster programme

| Attendance Wed, 23 Mar, 14:00–16:00|Foyer

Oral programme: Wed, 23 Mar | Hörsaal 3

Chairpersons: Heike Kalesse-Los, Theresa Kiszler

09:30–09:45

DACH2022-305

invited

Die MOSAiC-Transpolardrift im arktischen Klimapuzzle

Klaus Dethloff and the MOSAiC-Konsortium

Das arktische Klimasystem verändert sich schnell, aber die Quantifizierung der atmosphärischen und ozeanischen Treiber der «Arktischen Verstärkung» ist bisher ungenügend, weil Wetter- und Klimamodelle wichtige subgrid-skalige Prozesse und ihre Wechselwirkung im gekoppelten Klimasystem der Arktis nicht gut genug beschreiben. Die in-situ-Beobachtungen im Rahmen der Transpolardrift der MOSAiC Eisscholle 2019/20 lieferten einzigartige Daten zum Prozessverständnis des gekoppelten Systems Atmosphäre, Meereis und Ozean. Die Idee für MOSAiC (Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) resultierte aus der deutsch-russischen Kooperation auf der Nordpoldriftstation NP35 während des Internationalen Polarjahres 2007/08. Seit der IASC-Konferenz 2011 im AWI Potsdam wurde eine internationale Eis-Driftstation über dem arktischen Ozean geplant, um die Prozesse der beschleunigten arktischen Meereisabnahme auf der Basis von Daten und Modellen zu analysieren. Eine Wissenschaftlergemeinschaft unter Leitung des AWI Bremerhaven/Potsdam und Beteiligung des AARI St. Petersburg und des ESRL Boulder entwickelte diese Idee zu einem internationalen Leuchtturmprojekt. Im Oktober 2019 machte der Forschungseisbrecher «Polarstern» an einer Eisscholle in der Laptewsee fest, um eine einjährige Drift in Richtung Framstraße anzutreten. Mit Unterstützung des Forschungsschiffs «Akademik Fedorov» wurde ein zentrales Observatorium auf der Eisscholle und ein Netzwerk aus autonomen Bojen installiert, um die Prozesse in Atmosphäre, Meereis, Ökosystem und Ozean zu vermessen. Von September 2019 bis Oktober 2020 wurde mit russischen, durch DFG und BMBF finanzierten Forschungsschiffen der Austausch von Expeditions- und Wissenschaftlercrews und Expeditionsgütern aufrechterhalten und trotz der weltweiten Coronapandemie die einzigartige Mission erfolgreich zu Ende geführt.

In der Post-MOSAiC Phase werden die erhobenen Daten genutzt, relevante Prozesse innerhalb des Systems Atmosphäre-Eis-Ozean durch Synthese zwischen der Beobachtungs- und Modellierungscommunity zu quantifizieren. Dies dient der Verbesserung von Wetter-, Eisvorhersage- und Klimamodellen in der Arktis, die ein detaillierteres Prozessverständnis erfordert, aber auch der Erfassung saisonaler Ökosystemdynamik und biogeochemischer Prozesse im Eis und Ozean.

How to cite: Dethloff, K. and the MOSAiC-Konsortium: Die MOSAiC-Transpolardrift im arktischen Klimapuzzle, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-305, https://doi.org/10.5194/dach2022-305, 2022.

09:45–10:00

DACH2022-310

invited

Die Zukunft des Arktischen Meereises: David gegen Goliath

Dirk Notz

Der Vortrag gibt Antworten auf zwei miteinander verwobene Fragen: Wann ist das Nordpolarmeer im Sommer zum ersten Mal eisfrei? Und warum geben komplexe, gekoppelte Erdsystemmodelle auf diese Frage möglicherweise weniger zuverlässige Antworten als einfache konzeptionelle Modelle?

Motiviert werden diese Fragen von der Tatsache, dass die Ausdehnung des Arktischen Meereises in den letzten zwei Jahrzehnten in atemberaubendem Tempo abgenommen hat. Im Vergleich zu frühen Satellitenmessungen in den 1970er und 1980er Jahren hat sich die Ausdehnung im Sommer inzwischen halbiert. Für die Zukunft prognostizieren Erdsystemmodelle eine weitere Abnahme der Eisbedeckung, bis hin zu einem zumindest im Sommer weitestgehend eisfreien Arktischen Ozean. Allerdings liegen die Prognosen verschiedener CMIP6 Klimamodelle weit auseinander, wann dieser Zustand erreicht sein wird – und zwar sowohl was den entsprechenden Zeitpunkt, als auch die entsprechende globale Erwärmung angeht, die den eisfreien Zustand definieren würde. Parallel zu Erdsystemmodellen wurden daher in den letzten Jahren verstärkt konzeptionelle Modelle entwickelt, die den Eisverlust anhand der zentralen Antriebsprozesse zu beschreiben versuchen.

In diesem Vortrag werde ich basierend auf diesen beiden Ansätzen die These vertreten, dass (a) die konzeptionellen Ansätze eine zuverlässigere Prognose des Arktischen Meereises geben als die Gesamtheit der Erdsystemmodelle in CMIP6 und dass (b) der Arktische Ozean bei einer Erderwärmung von 1,5 C im Vergleich zum vorindustriellen Zeitraum in manchen Sommern weitestgehend eisfrei sein dürfte.

How to cite: Notz, D.: Die Zukunft des Arktischen Meereises: David gegen Goliath, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-310, https://doi.org/10.5194/dach2022-310, 2022.

10:00–10:15

DACH2022-309

invited

Antarctic Peninsula warming and precipitation phase transition during atmospheric river events

Irina Gorodetskaya, Penny Rowe, Xun Zou, Anastasia Chyhareva, Svitlana Krakovska, and Raul Cordero

Polar amplification has been pronounced in the Arctic with near-surface air temperatures increasing at more than twice the global warming rate during the last several decades. At the same time, over Antarctica temperature trends have exhibited a large regional variability. In particular, the Antarctic Peninsula (AP) stands out as having a warming rate much higher than the rest of the Antarctic ice sheet and other land areas in the Southern Hemisphere (SH). Future projections indicate that warming and ice loss will intensify in both polar regions with important impacts globally. In addition to the warming amplification, there has been also an enhancement of the polar water cycle with increases in poleward moisture transport and precipitation in both polar regions. An important process linking warming and precipitation enhancement is a shift towards more frequent rainfall compared to snowfall. Future projections show that the rain fraction will significantly increase in coastal Antarctica, especially in the AP. Atmospheric rivers (ARs), long corridors of intense moisture transport from subtropical and mid-latitude regions poleward, are known for their prominent role in both heat and moisture transport with impacts ranging from intense precipitation to temperature records and major melt events in Antarctica. Limited observations have hampered process understanding and correct representation of these extreme events in models. This presentation will give an overview of the enhanced observations targeting ARs in the AP (including surface meteorology, radiosonde, cloud and precipitation remote sensing, and radiative fluxes) as part of the Year of Polar Prediction (YOPP)-SH international collaborative effort. In-depth analysis of transport of heat and moisture, atmospheric vertical structure, cloud properties and precipitation phase transition from snowfall to rainfall during selected AR cases will be presented and compared with ERA5 reanalysis and high-resolution Polar-WRF model simulations. We will highlight three different local regimes around the AP: large-scale precipitation over the Southern Ocean north of the AP, orographic enhancement of precipitation in the western AP and the role of foehn, cloud/precipitation clearing and temperature increase in the northeastern AP.

How to cite: Gorodetskaya, I., Rowe, P., Zou, X., Chyhareva, A., Krakovska, S., and Cordero, R.: Antarctic Peninsula warming and precipitation phase transition during atmospheric river events, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-309, https://doi.org/10.5194/dach2022-309, 2022.

10:15–10:30

DACH2022-117

Observing water vapor from satellites: a multi-parameter retrieval in the Arctic compared to MOSAiC in-situ measurements

Janna Elisabeth Rückert and Gunnar Spreen

Water vapor is a significant component of the hydrological cycle as well the Earth‘s atmosphere, being a crucial greenhouse gas. It contributes to the rapid warming of the Arctic, called Arctic amplification, by the water vapor feedback. However, obtaining a long-term dataset to monitor trends and variability of water vapor in the Arctic - which is important to understand its role in Arctic amplification - is hampered by the sparseness of in-situ measurements and the challenges for satellite remote sensing retrievals. Monthly mean values of integrated water vapor (IWV) strongly differ (up to 30%) between different satellite products in the central Arctic (Crewell et al. (2021)). In the microwave domain, space-borne radiometers allow water vapor retrieval over the open ocean but over sea ice the retrievals have higher uncertainties and are more challenging due to high and variable sea-ice emissivity.

Here we present a comparison of a satellite-based integrated water vapor retrieval to in-situ measurements, especially radiosondes, taken during the MOSAiC campaign (mosaic-expedition.org). The one-year MOSAiC ice drift expedition provides a full year of IWV reference measurements in the central Arctic. The satellite retrieval is based on microwave radiometer measurements from the AMSR-E/2 sensors at 6 different frequencies. Utilizing an optimal estimation method allows to simultaneously retrieve integrated water vapor and six other geophysical parameters, including sea ice concentration and ice type (Scarlat et al., 2017, 2020). Overall the satellite retrieval can reproduce the temporal water vapor variability. We show how warm and moist air intrusions are captured by the method. However, significant biases are observed, which we try to tackle by taking variable snow surface emissions into account.

We aim for an improved Arctic-wide and longterm water vapor dataset that will help to quantify how the water vapor feedback contributes to Arctic amplification.

Crewell et al. (2021). A systematic assessment of water vapor products in the Arctic: from instantaneous measurements to monthly means, Atmos. Meas. Tech., 14, 4829–4856, https://doi.org/10.5194/amt-14-4829-2021.

Scarlat et al. (2017). Experiences With an Optimal Estimation Algorithm for Surface and Atmospheric Parameter Retrieval From Passive Microwave Data in the Arctic. IEEE J-STARS, 10, 3934–3947. https://doi.org/10.1109/jstars.2017.2739858

Scarlat et al. (2020). Sea Ice and Atmospheric Parameter Retrieval From Satellite Microwave Radiometers: Synergy of AMSR2 and SMOS Compared With the CIMR Candidate Mission. J. Geophys. Res. Oceans, 125(3). https://doi.org/10.1029/2019JC015749

How to cite: Rückert, J. E. and Spreen, G.: Observing water vapor from satellites: a multi-parameter retrieval in the Arctic compared to MOSAiC in-situ measurements, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-117, https://doi.org/10.5194/dach2022-117, 2022.

10:30–10:45

DACH2022-124

Variations in Atmospheric Energy Transport across the Arctic Circle

Ines Höschel, Dörthe Handorf, Annette Rinke, and Hélène Bresson

Understanding the variability of energy transport and its components, and the mechanisms involved, is critical to improve our understanding of the Arctic amplification. Large amounts of energy are transported from the equator to the poles by the large-scale atmospheric circulation. At the Arctic Circle, this represents an annual average net transport of about two PW. The energy transport can be divided into latent and dry static components which, when increasing, indirectly contribute to the Arctic amplification. While the enhanced dry static energy transport favors sea ice melt and changes the lapse rate, the enhanced influx of latent energy affects the water vapor content and cloud formation, and thus also the lapse rate and sea ice melt via radiative effects.

In this study, 40 years (1979-2018) of 6-hourly ERA-Interim reanalysis data are used to calculate the energy transport and its components. Inconsistencies due to spurious mass-flux are accounted for by barotropic wind field correction before the calculation. The first and last decade of the ERA-Interim period differ in terms of sea ice cover, sea surface temperature, and greenhouse gas concentrations, all of which affect the atmospheric circulation.

The comparison between these periods shows significant changes in monthly and annual vertically integrated energy transport across the Arctic Circle. On an annual average, energy transport significantly increases in the late period for both total energy and its components, whereas the transport of dry static energy decreases in the winter season. The analysis of the atmospheric circulation reveals variations in the frequency of occurrence of preferred circulation regimes and the associated anomalies in energy transport as a potential cause for the observed changes.

The hemispheric-scale and climatological view provides an expanded overall picture in terms of poleward energy transport to atmospheric events as cold air outbreaks and atmospheric rivers. This is demonstrated using the example of the atmospheric river which occurred over Svalbard on 6^th & 7^th June 2017.

How to cite: Höschel, I., Handorf, D., Rinke, A., and Bresson, H.: Variations in Atmospheric Energy Transport across the Arctic Circle, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-124, https://doi.org/10.5194/dach2022-124, 2022.

10:45–11:00

DACH2022-2

Wie genau sind universelle Funktionen bei stark stabiler Schichtung?

Thomas Foken, Christof Lüpkes, and Dörthe Handorf

Der Datensatz des Surface Heat Budget of the Arctic Ocean (SHEBA) Experimentes 1997/98 wird häufig für die Berechnung von universellen Funktionen für stabile Schichtung herangezogen. Für eine nicht-iterative Modellierung (Louis-Ansatz) können diese Funktionen neu berechnet werden. Allerdings haben diese Funktionen viele empirische Faktoren, die sich aus der Anpassung an den ursprünglichen Datensatz ergeben. Ein interessantes Ergebnis bei der Analyse der Daten des SHEBA-Experimentes ist, dass die Daten für die oberen Messpunkte des Experiments einer lokalen Skalierung mit den klassischen universellen Funktionen folgen, während die Daten der unteren Messpunkte eine große Streuung aufweisen. Somit könnten für den oberen Teil des Profils ein allgemein üblicher Louis-Ansatz verwendet werden. Es ist davon auszugehen, dass unter besonderen Bedingungen der untere Teil des Profils vom oberen Teil entkoppelt ist, wie es bei anderen Experimenten bereits gezeigt werden konnte. Ein einfacher Test für die Entkopplung durch Vergleich der experimentellen Daten mit einem hydrodynamischen Modellansatzes wird in der Präsentation gezeigt. Es wird daher empfohlen, den SHEBA Datensatz auf Entkopplung zu testen und eine wahrscheinlich viel einfachere universelle Funktion zu erstellen. Allerdings ist der Umgang mit entkoppelten Situationen noch im Bereich der Forschung. Es ist allerdings für die meisten Fälle zu erwarten, dass bei Berücksichtigung der Entkopplung kleinere Flüsse bestimmt würden.

How to cite: Foken, T., Lüpkes, C., and Handorf, D.: Wie genau sind universelle Funktionen bei stark stabiler Schichtung?, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-2, https://doi.org/10.5194/dach2022-2, 2022.

Poster programme: Wed, 23 Mar, 14:00–16:00 | Foyer

Chairpersons: Dörthe Handorf, Janna Elisabeth Rückert

P27

DACH2022-163

The impact of gravity wave drag modifications on stratospheric pathways of Arctic-midlatitude linkages using deep learning

Sina Mehrdad, Khalil Karami, Dörthe Handorf, Johannes Quaas, Ines Höschel, and Christoph Jacobi

The global warming has been observed to be more severe in the Arctic compared to the rest of the world. This enhanced warming i.e. Arctic Amplification is not just the result of local feedback processes in the Arctic. The stratospheric pathways of Arctic-midlatitude linkages and large-scale dynamical processes can contribute to the Arctic Amplification. The polar stratospheric dynamics crucially depends on the atmospheric waves at all scales. The winter polar vortex can be disturbed by gravity waves in the middle atmosphere. To investigate the sensitivity of the polar vortex dynamics, large-scale dynamical processes, and the stratospheric pathways of the Arctic-midlatitude linkages to the modification of gravity wave drag, we conduct sensitivity experiments using the global atmospheric model ICON-NWP (ICOsahedral Nonhydrostatic Model for Numerical Weather Prediction). These sensitivity experiments are performed by imposing a repeated annual cycle of the year 1986 for sea surface temperatures and sea ice as lower boundary conditions and for greenhouse gas concentrations as external forcing. This year is selected as both El-Nino Southern Oscillation and Pacific decadal oscillation were in their neutral phase and no explosive volcanic eruption has occurred. Hence, lower boundary and external forcing conditions in this year can serve as a useful proxy for the multi-year mean condition and an estimate of its internal variability. We performed simulations where in the control simulation the sub-grid parameterization scheme for both orographic and non-orographic gravity wave drags are switched on. The other two experiments are identical to the control simulation except that either orographic or non-orographic gravity wave drags are switched off.

Recently, deep learning has extraordinarily progressed our ability to recognize complex patterns in big datasets. Deep neural networks have shown great capabilities to capture the dynamical process of the atmosphere. Applying deep learning algorithms on experiments’ results, the impact of gravity wave drag modifications on large-scale mechanisms of the Arctic Amplification will be analyzed. Special emphasis will be put on the effects of gravity wave drag modifications on the polar vortex dynamics.

How to cite: Mehrdad, S., Karami, K., Handorf, D., Quaas, J., Höschel, I., and Jacobi, C.: The impact of gravity wave drag modifications on stratospheric pathways of Arctic-midlatitude linkages using deep learning, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-163, https://doi.org/10.5194/dach2022-163, 2022.

P28

DACH2022-235

Calibration of water vapor Raman lidar measurements by use of radiosonde and microwave radiometer measurements

Dietrich Althausen, Clara Seidel, Ronny Engelmann, Hannes Griesche, Martin Radenz, Julian Hofer, Sandro Dahlke, and Marion Maturilli

Water vapor profiles with high vertical and temporal resolution were determined by use of the Raman lidar PollyXT within the MOSAiC campaign in the Arctic during the winter time 2019 – 2020. These measurements need a calibration. Usually, radiosonde data are utilized to calibrate the lidar data by the profile or the linear fit method, respectively. The radiosonde is drifting with the wind; thus, it is often measuring different atmospheric volumes compared to the lidar observations.

The period 5-7 February 2020 is used to demonstrate the results. The correlation coefficient of the linear fit between the radiosonde and the lidar data varies with the different atmospheric conditions. The calibration results from the profile method coincide with those of the linear fit method, but the selection of the appropriate calibration setup is not straightforward. The varying correlation of the calibration results is attributed to the partly too low data-variability of the water vapor mixing ratio in the respective heights. Moreover, the drift of the radiosondes with the wind and hence measurements of atmospheric volumes with lateral distances will have decreased the correlation between the lidar and the radiosonde measurements.

During MOSAiC a microwave radiometer was collocated close to the lidar. This system was measuring the same atmospheric vertical column. Its product, the integrated water vapor, might be useful for the calibration of the lidar.

Hence, the contribution will analyze the error of the lidar retrieved water vapor mixing ratio that includes the calibration with the radiosonde data and the microwave radiometer product.

How to cite: Althausen, D., Seidel, C., Engelmann, R., Griesche, H., Radenz, M., Hofer, J., Dahlke, S., and Maturilli, M.: Calibration of water vapor Raman lidar measurements by use of radiosonde and microwave radiometer measurements, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-235, https://doi.org/10.5194/dach2022-235, 2022.

P29

DACH2022-234

Wasserdampfprofile in der zentralen Arktis bei verschiedenen AO-Indizes

Clara Seidel, Dietrich Althausen, Albert Ansmann, Ronny Engelmann, Hannes Griesche, Martin Radenz, Julian Hofer, Sandro Dahlke, and Marion Maturilli

Wasserdampf trägt als Treibhausgas zum Strahlungsbudget der Atmosphäre bei und ist im atmosphärischen Energietransport, bei Wolkenprozessen und der Niederschlagsbildung von Bedeutung. Die Kenntnis der vertikalen Wasserdampfprofile in der Arktis ist ein wichtiger Beitrag zum Verständnis des arktischen Klimasystems und seines Wandels.
Im Rahmen der MOSAiC-Kampagne wurden vom Oktober 2019 bis Oktober 2020 über ein Jahr verschiedenste klimarelevante Parameter gemessen. Mit dem Raman-Lidar PollyXT konnten erstmals nördlich von 85°N vertikal hochaufgelöste Profile des atmosphärischen Wasserdampfes aufgenommen werden. Die Dunkelheit der Polarnacht und niedrige Sonnenstände ermöglichten kontinuierliche Messungen des Wasserdampfes von Oktober 2019 bis März 2020. Die Kalibrierung der Raman-Lidar-Daten erfolgt mit Radiosondenprofilen oder dem integrierten Wasserdampf eines Mikrowellenradiometers.
Die gemessenen Absolutwerte des Wasserdampfmischungsverhältnisses in der Arktis sind sehr gering, die vertikale Verteilung ist jedoch hoch variabel und die relative Feuchte erreicht aufgrund der tiefen Temperaturen bodennah häufig Werte nahe 100%. Die vertikale Struktur des Wasserdampfes und der verschiedenen in unterschiedlichen Höhen gemessenen Feuchteschichten lässt auf unterschiedliche Quellen des Wasserdampfes schließen. Zum einen gibt es lokale Quellen wie Verdunstung und Kondensation, die vor allem bodennah auftreten und zum anderen wird im Bereich der freien Troposphäre Wasserdampf aus entfernteren Regionen herantransportiert. Die Stärke des Transports wird dabei hauptsächlich von der allgemeinen Zirkulation in der Atmosphäre bestimmt, welche in der Arktis durch die Arktische Oszillation (AO) beschrieben werden kann. Mit Hilfe des AO Indexes lassen sich positive Phasen (AO>0) mit einem starken Polar Vortex und wenig meridionalem Transport und negative Phasen (AO<0) mit einem stark mäandrierenden Jetstream und viel meridionalem Transport unterscheiden. Der Winter 2019/20 kann so in eine vorwiegend negative und eine stark positive Phase unterteilt werden. Erste Fallbeispiele zeigen deutliche Unterschiede in der Vertikalstruktur und der Gesamtmenge des Wasserdampfes für die beiden Phasen. Während der negativen Phase der arktischen Oszillation werden mehrere zeitlich sehr variable Wasserdampfschichten beobachtet. Bei positivem AO Index ist dagegen nur eine homogene Schicht erkennbar und die Werte des Wasserdampfmischungsverhältnisses sind deutlich geringer. Zudem lassen sich in beiden Phasen Zusammenhänge zwischen Wasserdampf- und Temperaturprofilen erkennen. In der Höhe von Feuchteinversionen treten zum Beispiel häufig auch Temperaturinversionen auf. Mit der Untersuchung weiterer Fallbeispiele soll die vertikale Struktur des Wasserdampfes in der Atmosphäre, deren zeitliche Veränderung und der Zusammenhang zur Arktischen Oszillation weiter analysiert werden.

How to cite: Seidel, C., Althausen, D., Ansmann, A., Engelmann, R., Griesche, H., Radenz, M., Hofer, J., Dahlke, S., and Maturilli, M.: Wasserdampfprofile in der zentralen Arktis bei verschiedenen AO-Indizes, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-234, https://doi.org/10.5194/dach2022-234, 2022.

P30

DACH2022-285

Auftreten von Mehrschichtwolken und Eiskristallimpfung in der Arktis

Peggy Achtert, Matthias Tesche, Gabriella Wallentin, and Corinna Hoose

Die Forschung zu arktischen Wolken hat sich bisher schwerpunktmäßig auf einschichtige, mehrphasige Grenzschichtwolken konzentriert. Das Auftreten von mehrschichtigen Wolken in der Arktis ist jedoch auch von großer Bedeutung. Die oberen Wolken in solchen Mehrschichtsystemen können die unteren Wolken auf mehrere Arten beeinflussen: (i) durch den komplexeren Strahlungstransport im Vergleich zu Einschichtwolken, (ii) durch den Einfluss der oberen Wolke auf die diabatische Abkühlung darunter liegender Wolken und (iii) durch aus oberen Wolken in untere Wolken fallende Eiskristalle. Letztere können durch Eisimpfung zu einer Änderung der Wasserphase der unteren Wolken führen und damit die Bildung von Mischphasenwolken im Temperaturbereich des heterogenen Gefrierens ermöglichen.

Ziel unseres hier vorgestellten Projekts ist es, mehrschichtige Wolken durch die Kombination von Daten aus Radiosonden- und Wolkenradarbeobachtungen zu untersuchen. Im Fokus steht dabei die MOSAiC-Kampagne. Um die aus diesen Messungen gewonnenen Ergebnisse zu klassifizieren und zu interpretieren, werden auch Beobachtungen aus früheren Messkampagnen und Langzeitmessstationen hinzugezogen.

Hier präsentieren wir erste Ergebnisse des Projekts mit Daten der Kampagnen Arctic Ocean 2018 und MOSAiC. Während der Arctic Ocean Kampagne wurden in 56% der Fälle Mehrschichtwolken beobachtet. Davon zeigten 48% atmosphärische Bedingungen, die einer hohen Wahrscheinlichkeit von Eisimpfung entsprechen. Im Vergleich dazu zeigen Satellitenstudien einen Anteil an Mehrschichtwolken in der Arktis von lediglich 11%.

How to cite: Achtert, P., Tesche, M., Wallentin, G., and Hoose, C.: Auftreten von Mehrschichtwolken und Eiskristallimpfung in der Arktis, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-285, https://doi.org/10.5194/dach2022-285, 2022.

P31

DACH2022-225

Exploring the representation of clouds and humidity in the Arctic with cloud-resolving simulations using ICON-LEM

Theresa Kiszler, Giovanni Chellini, Kerstin Ebell, Stefan Kneifel, and Vera Schemann

The discussions around Arctic Amplification have led to extensive research, as done in the transregional collaboration (AC)³. One focus are the feedback mechanisms that are strengthening or weakening the warming. Several of these feedbacks involve moisture in the atmosphere in all phases. To understand these better we have been running and analysing daily cloud-resolving simulations. We performed these simulations for a region more strongly affected by the warming around Ny-Ålesund (Svalbard), which is challenging due to its diverse surface properties and mountainous surrounding. We have created an outstandingly large data set of several months of these simulations with 600 m resolution, using the Icosahedral non-hydrostatic model in the large-eddy mode (ICON-LEM).

To gain some understanding of how well the model can represent such a complex location, we evaluated the performance of the model. For this, we used a range of observations from the measurement super-site located at Ny-Ålesund. This included radiosondes [1], a rain gauge, a microwave radiometer and further processed remote sensing data. Combining the measurements and simulations enables us to provide thorough statistics for different variables connected to clouds and to establish an understanding of how well they are represented.

We show that the model is capable of simulating the two distinct flow regimes in the boundary layer and the free troposphere. Further, we found a tendency in the model to misrepresent liquid and mixed-phase clouds as purely ice clouds. Though the water vapour is well captured, we found further steps in the chain towards precipitation formation are insufficiently represented. Through the use of forward simulations and expanded model output, we can continue to get a better picture of possibilities to understand and improve the microphysical processes.

This work was supported by the DFG funded Transregio-project TR 172 “Arctic Amplification (AC)3“.

References

[1] M. Maturilli, High resolution radiosonde measurements from station Ny-Ålesund (2017-04 et seq). Alfred Wegener Institute - Research Unit Potsdam, PANGAEA, https://doi.org/10.1594/PANGAEA.914973 (2020)

How to cite: Kiszler, T., Chellini, G., Ebell, K., Kneifel, S., and Schemann, V.: Exploring the representation of clouds and humidity in the Arctic with cloud-resolving simulations using ICON-LEM, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-225, https://doi.org/10.5194/dach2022-225, 2022.