Cirruswolken sind Wolken in großer Höhe (8–17 Kilometer), die aus reinen Eispartikeln bestehen. Diese Wolken haben einen erheblichen Einfluss auf das Klima des Planeten, indem sie das einfallende Sonnenlicht streuen und die von der Erde emittierte Infrarotstrahlung absorbieren. In einer neuen Studie haben Zeng et al. neue Details darüber entdeckt, wie sich diese dünnen, haarähnlichen Wolken in großen Sturmsystemen bilden.
Eis bildet Zirruswolken auf zwei Arten. Bei der homogenen Keimbildung gefrieren flüssige Wassertropfen spontan, wenn sie auf die entsprechenden Bedingungen treffen. Bei der heterogenen Keimbildung stellt ein Sekundärteilchen, wie etwa ein Staubkorn, eine Stelle bereit, um die sich der Eiskristall bildet. Der heterogene Weg funktioniert unter einem breiteren Spektrum von Bedingungen, erfordert jedoch das Vorhandensein von ausreichenden Trümmern.
In der Vergangenheit dachten Forscher, dass sich Eiskristalle in Cirruswolken aufgrund niedriger Temperaturen und des Fehlens von eisbildenden Partikeln in großen Höhen hauptsächlich durch homogene Keimbildung bildeten. In der neuen Studie schlagen die Wissenschaftler vor, dass heterogene Nukleation unter den richtigen Bedingungen eine größere Rolle spielen könnte als bisher angenommen.
Die Forscher testeten die Rolle, die starke Stürme, sogenannte Dust-Infused Barocline Storm Systems (DIBS), bei der Cirruswolkenbildung spielen. Diese Stürme heben Staubpartikel von der Erdoberfläche durch warme Förderbänder in die Atmosphäre. Frühere Untersuchungen mit Satellitendaten zeigten, dass die Wolkenoberseiten von DIBS ungewöhnliche, zirrusähnliche Eigenschaften haben. In der neuen Studie zeigten die Wissenschaftler anhand von Satellitendaten und Modellen, dass extrem hohe Eiskristallkonzentrationen in DIBS-Zirren durch heterogenes Gefrieren entstehen.
Die Studie stützte sich auf Daten eines DIBS-Ereignisses im Mai 2017 in Ostasien, das von vier separaten Wettersatelliten aufgezeichnet wurde. Die bildgebenden, spektroskopischen, Radar- und Lidar-Daten zeigten, dass der Sturm 2017 extrem hohe Eispartikelkonzentrationen von 1 bis 10 Partikeln pro Kubikzentimeter mit Partikelgrößen im Bereich von 10 bis 30 Mikrometern produzierte.
Diese Daten wurden in einem Wettervorhersagemodell (WRF-Chem) verwendet. Die Autoren ließen das Modell in zwei Konfigurationen laufen: ein einfaches Modell, das nur von der Temperatur abhing, und ein zweites, komplexeres Modell, das zusätzliche Faktoren wie die Oberfläche von nukleierenden Partikeln umfasste.
Die Autoren fanden heraus, dass die ausgefeiltere Parametrisierung Wolkenbeobachtungen besser entsprach als das einfache Modell: Das neue, komplexere Modell ergab 10- bis 100-mal höhere Eispartikelkonzentrationen und 2- bis 3-mal kleinere Partikelgrößen. Diese Ergebnisse, so die Autoren, weisen darauf hin, dass Eiskristalle in DIBS durch heterogene Nukleation von Staubpartikeln gebildet werden.
Die Ergebnisse liefern einen Mechanismus der Cirruswolkenbildung in DIBS, der nach Ansicht der Autoren in zukünftige Klimamodelle integriert werden sollte.
Die Studie erscheint im Journal of Geophysical Research: Atmosphären.
Mehr Informationen:
Yi Zeng et al, Extremely High Concentrations of Ice Particles in East Asian Dust‐Infused Baroclinic Storm (DIBS) Cirrus Shield: Dominant Role of Dust Ice Nucleation Effect, Journal of Geophysical Research: Atmosphären (2023). DOI: 10.1029/2022JD038034
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.