Patrick Eriksson Rymd- och geovetenskap Chalmers tekniska högskola. Vad väger ismoln?

Patrick Eriksson Rymd- och geovetenskap Chalmers tekniska högskola Vad väger ismoln?

Med bidrag ifrån: Stefan Buehler (Kiruna) Salomon Eliasson (Kiruna) Bengt Rydberg (Chalmers, now Molflow) Marston Johnson (Chalmers) med flera

Innehåll Bakgrund Kunskapsläget Potential hos submm-teknik Granskning av klimatmodeller

En anledning till frågans intresse: Jordens klimat

λ < 4 µm λ > 4 µm

Jordens strålningsbalans Globala medelvärden [W/m 2 ] Uppvärmning Avkylning (Bild ifrån IPCC AR4, 2007)

Ögonblicksbilder av strålningsflöden Överst / nederst: Inkommande / utgående strålning (Data ifrån EC Earth v3)

Några termer

Exempel på kraftig tropisk konvektion (Ifrån TWP-ICE, ARM Climate Research Facility)

Ice water content / path IWC: ice water content [g/m 3 ] IWP: ice water path [g/m 2 ]

Ispartiklar: form och storlek

Uppdelning av ispartiklar i modeller Här IWC = MI + FI Molnis (MI) Fallande is (FI) I modeller är oftast IWC definierad som MI!

Kunskapsläget

Jämförelse av IWP i klimatmodeller Grått område är CloudSat med osäkerhetsmarginal

Jämförelse av IWP ifrån satellitmätningar Grått område är CloudSat med osäkerhetsmarginal

Jämförelse av IWP ifrån satellitmätningar Grått område är CloudSat med osäkerhetsmarginal Endast CloudSat kan mäta IWC!

CloudSat Första molnradarn i rymden (94 GHz, uppskickad 2006) hög rumslig upplösning, ser även insidan första globala mätningarna av IWC täcker ett band endast 1.3 km brett, med enbart 1 frekvens mätresultat r 6 (medan massa r 3 )

Att mäta molnis i submm-området (våglängder: 0.3-1 mm)

Mätprincip, 1 Geometri Passiva mätningar Horisontell täckning 1000 km

Mätprincip, 2 Multipla frekvenser kan användas IWP-respons Känslighet gentemot partikelstorlek BT difference [K] 8 7 6 5 4 3 2 1 176.3 GHz 315.6 GHz 659.8 GHz 10 m 94 GHz Radar 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 backscattering efficiency 0 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 mass equivalent sphere diameter [ m] Absorptionskärmning utnyttjas också

Historia och status Några flygburna mätningar gjorda i USA Ett europeiskt flugburet system under utveckling (ISMAR) Ett antal förslag till forskningssatelliter Stefan Buehler har lett förslag inom Europa

Historia och status Några flygburna mätningar gjorda i USA Ett europeiskt flugburet system under utveckling (ISMAR) Ett antal förslag till forskningssatelliter Stefan Buehler har lett förslag inom Europa ICI utvalt för nästa generation Metop-satelliter ICI bygger på: CloudIce, ett förslag till ESA Aura MLS och Odin-SMR

Historia och status Några flygburna mätningar gjorda i USA Ett europeiskt flugburet system under utveckling (ISMAR) Ett antal förslag till forskningssatelliter Stefan Buehler har lett förslag inom Europa ICI utvalt för nästa generation Metop-satelliter ICI bygger på: CloudIce, ett förslag till ESA Aura MLS och Odin-SMR Existerande submm-instrument: enbart limb sounders Odin-SMR och Aura MLS, 6 månader av data ifrån SMILES inget sidotittande smalt frekvensområde

Spektra ifrån Odin-SMR, med och utan molninverkan 6 km tangenthöjd 240 220 ClO O 3 N 2 O HNO 3 O 3 Brightness temperature [K] 200 180 160 0 g/m2 20 g/m2 O 3 140 100 g/m2 120 501.2 501.5 501.8 502.1 502.4 Frequency [GHz] 544.3 544.6 544.9 Frequency [GHz]

IWC ifrån Odin-SMR och CloudSat (CS) Medelvärde för december - maj, 11-15 km

SMILES IWC resultat 11-15 km (nya resultat på gång) Bättre uppskattning av dygnsvariation Svart kurva är ifrån CloudSat+SMR Jämför svart och blå linje Vi har avvaktat bättre kalibrering av SMILES

Granskning av klimatmodeller

Tropiska övre troposfären i EC Earth v2 Relativ fuktighet (RH), molnfraktion, IWC och utgående strålning granskade RH 400 hpa 200 hpa EC Earth EC Earth EC Earth AIRS EC Earth MLS AIRS 150 100 50 0 50 100 150 % 0 100 20 40 60 80 Aura MLS 150 100 50 0 50 100 150 % 0 100 20 40 60 80 IWC 400 hpa 200 hpa EC Earth EC Earth EC Earth CloudSat EC Earth CloudSat CloudSat 150 100 50 0 50 100 150 mg m 3 0 10 30 50 70 100 20 40 60 80 90 CloudSat 150 100 50 0 50 100 150 mg m 3 0 9 15 21 30 3 6 12 18 24 27

OLR CS Inverkan av moln på OLR i EC Earth v2 OLR = outgoing longwave radiation W m 2 40 20 0 20 40 OLR CE W m 2 40 20 0 20 40 150 100 50 0 50 100 150 Blått = inverkan av moln underskattad Slutsatser gällande moln: Molnfraktion för hög över 200 hpa, för låg lägre ner Motsatt förhållande för IWC (för låg över 200 hpa) Inverkan på OLR generellt underskattad främst i regioner med stark konvektion

Dygnscykel för IWC Granskat genom att kombinera CloudSat and Odin-SMR Granskade modeller ECHAM (ETH) CAM (MISU) EC-Earth (Chalmers/SMHI) Cirklar: öppna: enbart molnis fyllda: total ismängd Vertikala linjer: tjock/tunn: ± 1 σ / ± 2 σ

Tidsutveckling av IWC runt tropisk stark konvektion Medelvärde över 10 000 fall 100 150 200 Pressure [hpa] 250 300 350 CloudSat 400 450 500 100 40 20 0 20 40 Time [h] 150 Pressure [hpa] 200 4 0 4 8 12 16 20 Ice water content [ mg m ] 3 250 300 350 EC Earth (V3) 400 450 500 40 20 0 20 40 Time [h] 4 0 4 8 12 16 20 Ice water content [ mg m ] 3

Sammanfattning Den inledande frågan har ännu inget exakt svar, både satelliter och modeller brister i behandling av ismoln insatser inom båda områden Passiva submm-mätningar har flera fördelar bidrag till att sälja in tekniken vissa aspekter demonstrerade praktiskt genom Odin-SMR Framtiden uppdatera IWC ifrån Odin-SMR och SMILES jobba med ISMAR (flygburna mätningar) förbereda för ICI