Experimental and modeling study of heterogeneous ice nucleation on mineral aerosol particles and its impact on a convective cloud

Eine der größten Herausforderungen zur Vorhersage des Klimawandels liegt im Verständnis der Rolle von Eisnukleation auf die Entwicklung troposphärischer Wolken.
Mit einer neuentwickelten feuchtigkeitskontrollierten „Cold Stage“wurden bis zu 200 monodispe Tröpfchen, bestehend aus einer K-feldspar Suspension, beobachtet. Die Eisnukleationsfähigkeiten von individuellen Residualpartikeln für Immersionsgefrieren und Depositionnukleation und ihre Wechselwirkung wurden untersucht. Die ersten Ergebnissen zeigten, dass die gleichen eisaktiven Stellen am Immersiongefrieren und an der Depositionnukleation beteiligt sind.
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Die atmospährischen Auswirkungen unserer experimentellen Ergebnisse wurden mit Descam (Flossmann et al., 1985), einem 1.5d detaillierte Mikrophysikmodell, untersucht in einer Fallstudie zur Rolle verschiedener Eisnukleationsmechanismen auf die dynamische Entwicklung der CCOPE konvektive Wolke (Dye et al., 1986). Vier Mineralaerosoltypen (K-Feldspath, Kaolinit, Illit und Quartz) trugen zum Immersion- und Kontaktgefrieren und zur Depositionnukleation bei durch explizite Ice Nukleation Aktive Stellen Dichte Parametrisierungen.
Die verschiedenen Aerosoltypen und Eisnukleationsmechanismen wurden in Empfindlichkeitsstudien getrennt und zusammen behandelt, um ihre relative Bedeutung zu beurteilen.
Immersiongefrieren auf K-Feldspath Partikeln zeigte die größte Wirkung auf eine konvektiven Wolke.

One of the main challenges in understanding the evolution of Earth’s climate resides in the understanding the ice formation processes and their role in the formation of tropospheric clouds as well as their evolution.
A newly built humidity-controlled cold stage allows the simultaneous observation of up to 200 monodispersed droplets of suspensions containing K-feldspar particles, known to be very active ice nucleating particles. The ice nucleation efficiencies of the individual residual particles were compared for the different freezing modes and the relationship between immersion ice nuclei and deposition ice nuclei were investigated. ... mehrThe results showed that the same ice active sites are responsible for nucleation of ice in immersion and deposition modes.
The atmospheric implications of the experimental results are discussed, using Descam (Flossmann et al., 1985), a 1.5-d bin-resolved microphysics model in a case study aiming to assess the role of the different ice nucleation pathways in the dynamical evolution of the CCOPE convective cloud (Dye et al., 1986). Four mineral aerosol types (K-feldspar, kaolinite, illite and quartz) were considered for immersion and contact freezing and deposition nucleation, with explicit Ice Nucleation Active Site density parameterizations.
In sensitivity studies, the different aerosol types and nucleation modes were treated seperately and in competition to assess their relative importance. Immersion freezing on K-feldspar was found to have the most pronounced impact on the dynamical evolution and precipitation for a convective cloud.