Forbedring af modelleret turbulensinteraktion i skyregn

Store dæk af stratocumulus-skyer med tæt afstand svæver over havet og dækker store områder - bogstaveligt talt tusindvis af miles af de subtropiske oceaner - og dvæler i uger til måneder.

Disse marine skyer reflekterer mere solstråling end havets overflade, giver en kølende effekt på jordens overflade. Stratocumulus-skyer er en vigtig komponent i Jordens strålingsbalance og er afgørende for de jordsystemmodeller (ESM'er), der bruges til at forudsige fremtidige klimaforhold.

For at forbedre skyrepræsentationer i ESM'er, forskere fra Lawrence Livermore og Argonne nationale laboratorier har sammenlignet dem med observationer fra brugerfaciliteten Atmospheric Radiation Measurement (ARM).

Med støtte fra ARM og US Department of Energy's (DOE) Atmospheric System Research (ASR) program, forskere kombinerede målinger fra ARMs østlige nordatlantiske atmosfæriske observatorium for at udlede egenskaber af vanddamp og støvregn i og under skyerne.

Der er konstant støvregn i og under disse marine skysystemer. Det er en nøgle til at opnå mere nøjagtige klimaprognoser, fordi dens tilstedeværelse påvirker og påvirkes af turbulens - hurtigt skiftende luftbevægelser, der primært er ansvarlige for skyernes levetid.

Argonnes Virendra Ghate og Maria Cadeddu var interesserede i geofysiske variabler, såsom indhold af skyvand og støvregn partikelstørrelse. Så de udviklede en algoritme, der hentede alle de nødvendige parametre involveret i støvregn-turbulens-interaktioner. Algoritmen bruger ARM radar, lidar, og radiometerdata til at udlede de geofysiske variabler af interesse:størrelse (eller diameter) af nedbørsdråber, mængden af ​​flydende vand svarende til skydråber, og nedbøren falder.

"Analysen af ​​det udviklede datasæt gjorde det muligt for os at vise, at støvregn mindsker turbulens under stratocumulus-skyer, noget, der kun blev vist ved modelsimuleringer i fortiden, "siger Ghate, en Argonne-atmosfærisk videnskabsmand. "Rigdommen af ​​de udviklede data vil give os mulighed for at løse flere grundlæggende spørgsmål vedrørende støvregn-turbulens-interaktioner i fremtiden."

Deres resultater førte til et samarbejde med modelbyggere fra Livermore. I den indsats, holdet brugte ARM-observationer til at forbedre repræsentationen af ​​støvregn-turbulens-interaktioner i DOE's Energy Exascale Earth System Model (E3SM).

"De observationsreferencer leveret af vores Argonne-samarbejdspartnere hjalp os med at identificere, at E3SM version 1 producerer urealistiske støvregn-processer, "siger Livermore -videnskabsmand Xue Zheng, der førte et papir i journalen Månedlig vejrudsigt med fokus på et casestudie fra 2012-2013 Marine ARM GPCI Investigation of Clouds (MAGIC) feltkampagne i det østlige Stillehav. "Vores samarbejdsundersøgelse indebærer, at omfattende undersøgelser af de modellerede sky- og støvregnprocesser med observationsreferencer er nødvendige for nuværende klimamodeller."