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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
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Wie beeinflussen AerosoleStratokumuluswolken?
Hendrik Andersen, Jan CermakRuhr-Universität Bochum
AK Klima 2014
Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Überblick
1 Effekte von Aerosolen in der Atmosphäre
2 Konzept
3 Daten und Methodik
4 Ergebnisse und Diskussion
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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Direkte und indirekte Effekte
Verändert nach Forster et al. (2007)
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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Abhängigkeiten indirekter Effekte
1 Relevantes Wolkenregime identifizierenAbgrenzung des Untersuchungsgebietes
2 Relevante meteorologische Parameter identifizieren3 Aerosolkontext
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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Abhängigkeiten indirekter Effekte
1 Relevantes Wolkenregime identifizierenAbgrenzung des Untersuchungsgebietes
2 Relevante meteorologische Parameter identifizieren3 Aerosolkontext
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1. Relevantes Wolkenregime identifizieren
Terra MODIS Komposit, 28. März 2013, NASA LANCE-MODIS
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1. Relevantes Wolkenregime identifizieren
Verändert nach Russell et al. (2013)
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1. Abgrenzung des Untersuchungsgebiets
20°S
10°S
0°
0° 10°E25°S
20°S
15°S
10°S
0° 5°E 10°E 15°E5°W 0° 5°E 10°E 15°E0.16
0.24
0.32
0.40
0.48
0.56
0.64
0.72
0.80
StandardDeviation
CLF
MeanCLF
Homogene Zeitreihe → Dominanz von Stratokumulus
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2. Relevante meteorologische Parameter identifizieren
(Klein and Hartmann, 1993)
...und relative Feuchte bei 950 hPa (RH)
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3. Aerosolkontext
(Bréon et al., 2002)
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10 Jahre (2003–2012) täglichAerosol- und Wolkendaten: Terra MODIS L3 C5.1,1◦x1◦ AuflösungMeteorologie: ERA-Interim (12:00 UTC), interpoliert auf1◦x1◦ Gitter
10 15 20 25 30Lower tropospheric stability
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Num
ber
of o
bser
vatio
ns
1e4
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4Aerosol index
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Num
ber
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vatio
ns
1e4
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Ergebnisse und Diskussion
0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 1.5 2Aerosol index
10
12
14
16
18
20
22
24
CDR
[µm
]
CDR: stable environmentCDR: unstable environment
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e hu
mid
ity a
t 950
hP
a [%
]RH: stable environmentRH: unstable environment
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20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
R: l
og(A
I), l
og(C
DR
) -
(ran
dom
)
a): All data
20 40 60 80 100Meteorological factor (random data)
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 b): Low AI
20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 c): High AI
0.01
0.05
0.10
1.00
P v
alue
Faktoren zur Interpretation der Punktewolke:1 Absolute Lage auf der Y-Achse2 Ausrichtung3 Horizontale Verschiebung auf der X-Achse (2. & 3. Panel)
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15 20 25 30
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4R
: log
(AI)
, log
(CD
R) a) all data
15 20 25 30Lower-tropospheric stability [K]
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 b) low AI
15 20 25 30
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 c) high AI
0.01
0.05
0.10
1.00
P v
alue
20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
R: l
og(A
I), l
og(C
DR
) d) all data
20 40 60 80 100Relative humidity at 950 hPa [%]
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 e) low AI
20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 f) high AI
0.01
0.05
0.10
1.00
P v
alue
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15 20 25 30
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4R
: log
(AI)
, log
(CD
R) a) all data
15 20 25 30Lower-tropospheric stability [K]
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 b) low AI
15 20 25 30
-0.4
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0.2
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0.01
0.05
0.10
1.00
P v
alue
20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
R: l
og(A
I), l
og(C
DR
) d) all data
20 40 60 80 100Relative humidity at 950 hPa [%]
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 e) low AI
20 40 60 80 100
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 f) high AI
0.01
0.05
0.10
1.00
P v
alue
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Was heißt das fürs Prozessverständnis?
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Was heißt das fürs Prozessverständnis?
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(Matsui et al., 2004)
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0.100.05 0.07 0.10 0.20 0.30 0.40Aerosol index
13
14
15
16
Clou
d dr
ople
t siz
e [µm
]
links (Bréon et al., 2002)
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(Costantino and Bréon, 2013)
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Month0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Aero
sol I
ndex
20°S
15°S
10°S
0° 5°E 10°E0° 5°E 10°E 0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
Aero
sol i
ndex
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20°S
15°S
10°S
0° 5°E 10°E0° 5°E 10°E0.5
0.0
0.5
R: l
og(A
I), lo
g(CD
R)
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975 950 925 900 875 850 825 800 775 750 700
Pressure levels [hPa]0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0Cl
oud
fract
ion
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Data normally distributed?
Logarithmic transformation
Data stationary?
Detrend data
Mean > standard dev.
CTT > 273 K
Mean study area statistics?
Latitudinal weighting
Preprocessing complete
yes
yes
no
no
no
yes
= conditional = unconditional
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Backup slides
log(CDR) CDNC CLF log(LWP) log(COT)
Cloud parameters
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5R
: log
(AOD
), cl
oud
para
met
ers
Entire datasetWeather type 1Weather type 2Weather type 3
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Backup slides
log(CDR) CDNC CLF log(LWP) log(COT)
Cloud parameters
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5R
: log
(AOD
), cl
oud
para
met
ers
Entire datasetAug, Sep dataOther months
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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Bréon, F.-M., Tanré, D., and Generoso, S. (2002). Aerosol effect on cloud droplet size monitored from satellite. Science,295(5556):834–838.
Charlson, R. J., Ackerman, A. S., Bender, F. M., Anderson, T. L., and Liu, Z. (2007). On the climate forcing consequencesof the albedo continuum between cloudy and clear air. Tellus B, 59(4):715–727.
Chen, Y.-C., Christensen, M. W., Stephens, G. L., and Seinfeld, J. H. (2014). Satellite-based estimate of globalaerosol-cloud radiative forcing by marine warm clouds. Nature Geoscience, 7(9):643–646.
Coakley, J. and Walsh, C. (2001). Limits to the Aerosol Indirect Radiative Effect Derived from Observations of ShipTracks. Journal of the Atmospheric Sciences, 59(1997):668–680.
Costantino, L. and Bréon, F.-M. (2013). Aerosol indirect effect on warm clouds over South-East Atlantic, fromco-located MODIS and CALIPSO observations. Atmospheric Chemistry and Physics, 13(1):69–88.
Forster, P., Ramaswamy, V., Artaxo, P., Berntsen, T., Betts, R., Fahey, D. W., Haywood, J., Lean, J., Lowe, D. C., Myhre, G.,Nganga, J., Prinn, R., Raga, G., Schulz, M., and Van Dorland, R. (2007). Anthropogenic and Natural Radiative Forcing.In Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Working Group I Contribution to the IPCC Fifth AssessmentReport [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. CambridgeUniversity Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Haywood, J. M., Ramaswamy, V., and Donner, L. J. (1997). A limited-area-model case study of the effects of sub-gridscale variations in relative humidity and cloud upon the direct radiative forcing of sulfate aerosol. GeophysicalResearch Letters, 24(2):143–146.
Jones, T. A., Christopher, S. A., and Quaas, J. (2009). A six year satellite-based assessment of the regional variations inaerosol indirect effects. Atmospheric Chemistry and Physics, 9(12):4091–4114.
Kaufman, Y. J., Remer, L. A., Tanré, D. Li, R., Kleidman, R., Mattoo, S., Levy, R., Eck, T., Holben, B. N., Ichoku, C., Martins,V., and Koren, I. (2005). A critical examination of the residual cloud contamination and diurnal sampling effects onMODIS estimates of aerosol over ocean. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43:2886–2897.
Klein, S. A. and Hartmann, D. L. (1993). The Seasonal Cycle of Low Stratiform Clouds. Journal of Climate,6:1587–1606.
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Aerosol-Effekte Konzept Daten/Methodik Ergebnisse/Diskussion
Matsui, T., Masunaga, H., Kreidenweis, S. M., Pielke, R. a., Tao, W.-K., Chin, M., and Kaufman, Y. J. (2006). Satellite-basedassessment of marine low cloud variability associated with aerosol, atmospheric stability, and the diurnal cycle.Journal of Geophysical Research, 111(D17):D17204.
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Myhre, G., Stordal, F., Johnsrud, M., Kaufman, Y. J., Rosenfeld, D., Storelvmo, T., Kristjansson, J. E., Berntsen, T. K.,Myhre, A., and Isaksen, I. S. A. (2007). Aerosol-cloud interaction inferred from MODIS satellite data and globalaerosol models. Atmospheric Chemistry and Physics, 7(12):3081–3101.
Painemal, D., Kato, S., and Minnis, P. (2014). Boundary layer regulation in the southeast atlantic cloud microphysicsduring the biomass burning season as seen by the a-train satellite constellation. Journal of Geophysical Research:Atmospheres (accepted, in press), pages n/a–n/a.
Platnick, S. and Twomey, S. (1994). Determining the Susceptibility of Cloud Albedo to Changes in Droplet Concentrationwith the Advanced Very High Resolution Radiometer. Journal of Applied Meteorology, 33(3):334–347.
Russell, L. M., Sorooshian, A., Seinfeld, J. H., Albrecht, B. a., Nenes, A., Ahlm, L., Chen, Y.-C., Coggon, M., Craven, J. S.,Flagan, R. C., Frossard, A. a., Jonsson, H., Jung, E., Lin, J. J., Metcalf, A. R., Modini, R., Mülmenstädt, J., Roberts, G.,Shingler, T., Song, S., Wang, Z., and Wonaschütz, A. (2013). Eastern Pacific Emitted Aerosol Cloud Experiment.Bulletin of the American Meteorological Society, 94(5):709–729.
Stevens, B. and Feingold, G. (2009). Untangling aerosol effects on clouds and precipitation in a buffered system.Nature, 461(7264):607–13.
Tanré, D., Artaxo, P., Yuter, S., and Kaufman, Y. J. (2008). In Situ and Remote Sensing Techniques for MeasuringAerosols, Clouds and Precipitation. In Aerosol Pollution Impact on Precipitation : A Scientific Review, pages188–263. Springer.
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