Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4246
Schlicht, Stefanie
Untersuchungen zur Wasser-Partitionierung in Zirruswolken - Feldmessungen und Modellrechnungen
XIX, 138 S., 2007

Zirren haben einen Einfluss auf das Klima unserer Erde. In wieweit verschiedene Bildungsmechanismen die Entwicklung der Zirren und damit die Klimarelevanz beeinflussen, ist jedoch weitestgehend unerforscht. Die In-situ-Messungen von Wasserdampf und Eiswassergehalt, die in dieser Arbeit vorgestellt und evaluiert wurden, liefern einen Beitrag zum Verständnis der Partitionierung und der Entwicklung der Partitionierung von Wasser auf Gas- und Eisphase in Zirren.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde weiterhin das Messgerät OJSTER (Open-path Jülich’s Stratospheric Tdl-ExpeRiment) in Betrieb genommen und bei verschiedenen Messkampagnen zur Wasserdampfmessung erfolgreich eingesetzt. Messungen mit diesem modernen abstimmbaren Diodenlaser-Hygrometer in Zirruswolken ergänzen den in dieser Arbeit vorgestellten Datensatz zu Zirruswolken. Dieser In-situ-Datensatz ist derzeit weltweit einzigartig in seiner Temperaturspanne (180 bis 240 K) sowie in der Abdeckung der Klimazonen (arktische Regionen, mittlere Breiten und Tropen) unserer Erde. Mit der Eisnukleation beginnt die Partitionierung von Wasser in Zirren. Eiskristalle bilden sich und wachsen durch Aufnahme von Wasser aus ihrer Umgebung an. In der Vergangenheit wurden sehr hohe relative Feuchten (RHi) über Eis von bis zu 200 % insbesondere in kalten Zirren beobachtet. Mechanismen, die solch hohe relative Feuchten in Zirren ermöglichen, sind jedoch weitestgehend unerforscht. Die Anwendung einer theoretischen Betrachtung des dynamischen Gleichgewichts in Eiswolken nach Korolev et al. 2003 mit Verwendung einer neuen Klimatologie zeigt die Möglichkeit zur Erzeugung solch hoher Übersättigungen im dynamischen Gleichgewicht durch rein thermodynamische Prozesse. Die einflussreichsten Parameter dieser Betrachtung werden herausgestellt.
Mit einer Fallstudie eines Zirrus aus der CIRRUS 2004 Kampagne wird mit den gesammelten Messdaten (RHi, Eiswassergehalt, Anzahl und Größe der Eiskristalle) und einem Vergleich der Daten mit Modellrechnungen mittels des EuLag Modells der Einfluss und auch Überlagerungen von dynamischen Prozessen verifiziert. Hierzu wurden die gemessenen Größen zur Initialisierung der Modelläufe verwendet. Aus der Fallstudie wird ersichtlich, dass die Wasser-Partitionierung in Zirren durch viele Prozesse beeinflusst werden kann, wobei rein thermodynamische Prozesse möglicherweise dominieren.


Cirrus clouds influence climate change. However, forming mechanisms and their influences on the development of cirrus clouds are not investigated very well. For the knowledge on climatic relevance of different types of cirrus clouds we need more information on cirrus forming and development. In situ measurements of water vapour and ice water content sampled and evaluated during this doctoral thesis will give information on the partitioning of water in cirrus clouds and will improve our understanding of cirrus development.
For water vapour measurements, the state of the art instrument OJSTER (Open-path Jülich’s Stratospheric Tdl-ExpeRiment) was put into operation and run successfully during several campaigns. The measured data sets complete a unique data set of measurements in cirrus clouds. Its temerature ranges from 180 to 240 K and covers all three regions of climate — arctics, mid latitude and tropics. With ice nucleation the partitioning of water in cirrus clouds starts. Crystals form and grow due to water uptake. In the past high relative humidity with respect to ice (RHi ∼ 200%) was observed inside cirrus clouds. But the mechanisms making such high RHi possible are investigated sparcely. Using a theoretical framework invented by Korolev et al. and a new climatology, I can show the possibility to create such high RHi in dynamic equilibrium of the clouds due to thermodynamic processes only. The most important parameters influencing RHi are presented.
The case study of a cirrus cloud observed during the CIRRUS 2004 campaign shows in situ measurements of RHi, ice water content, number density, and size of ice crystals inside the ice cloud. These parameters are used to initialize modell calculations with the EULAG modell. That cirrus clouds’ water partitioning can be influenced by several processes where thermodynamic processes might be dominant follows from this case study.

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Letzte Änderung: 07.06.2022