Hvor godt kan vi simulere underkjølt skyvann i arktiske skyer?

• Main Author: Funnemark, Marit
• Format: Master Thesis
• Language: Norwegian
• Published: 2013
• Subjects: Skymikrofysikk; WRF; modellen; ISDAC; målekampanjen; Arktis; Blandet; fase; sky; Mixed; phase; cloud; Isnukleasjon; Arctic; Arktis*
• Online Access: http://hdl.handle.net/10852/38835; http://urn.nb.no/URN:NBN:no-42260

Arktis har vært, og er fortsatt, et utfordrende område for numeriske modeller for studier av fenomener knyttet til skyer. Mye av dette skyldes at skyer ikke blir simulert godt nok. Spesielt det å simulere underkjølt skyvann, og dermed få skyfasen riktig, har vist seg å være vanskelig. Denne oppgaven ønsker å se på hvor godt The Weather Research and Forecasting model (WRF) med et avansert skymikrofysikk skjema (Milbrandt & Yau to-moment) klarer å simulere en blandet-fase sky i Arktis, og hvor følsom WRF er for endringer i isnukleasjon. Denne oppgaven tar utgangspunkt i to blandet-fase skyer som ble observert 26. og 27. april 2008 i prosjektet Indirect and Semi‐Direct Aerosol Campaign (ISDAC). Begge disse skyene har de typiske trekkene som blandet-fase skyer har i Arktis; et lag øverst med en blanding av underkjølt skyvann og iskrystaller, og ett lag under bestående bare av is og snø. «Liquid fraction» ????=????????????/(????????????+????????????) var i det øverste laget mellom 0,5 og 1, mens ????≈0 i det nederste laget. Én av skyene fra ISDAC ble brukt for å sammenligne med WRF. Det viste seg at WRF hadde problemer med å simulere denne skya, men klarte å simulere riktig mengde med underkjølt skyvanninnhold (LWC). Selv om WRF overestimerte størrelsen og underestimerte den totale konsentrasjonen for vanndråpene, gjorde dette til sammen at LWC ble beregnet riktig. WRF underestimerte også LWC i forhold til iskrystallinnholdet (IWC) og hadde bare ????<0,5 i gjennomsnitt. WRF viste seg også å være følsom for endringer i isnukleasjon hvor simuleringene enten simulerte alt for lite vann eller alt for lite is. Har man mindre enn 1/10 igjen av isnukleasjonen så forsvinner all is, og har man 10 ganger så mye isnukleasjon er det svært lite skyvann igjen. En av konsekvensene av dette er endring i mengden nedbør, hvor de simuleringene som inneholdt nok mengder vann og is genererte mest nedbør. The Arctic has been, and still is, a challenging region for numerical models. A dominating factor in this has been the inaccuracy of simulations of clouds. Simulating the supercooled cloud water, thus get the correct cloud phase, has proved to be very difficult. This thesis aims at investigating how well The Weather Research and Forecasting model (WRF) with an advanced cloud microphysics scheme (Milbrandt & Yau two-moment) managed to simulate a mixed-phase Arctic cloud, and how sensitive WRF is to changes in ice nucleation. Two mixed-phase clouds were investigated on the 26^th and 27^th of April 2008 from the Indirect and Semi‐Direct Aerosol Campaign (ISDAC), and one of these clouds was used to validate WRF. The characteristics of these clouds are typically what we see in mixed-phase clouds in the Arctic; a mixed-phase top-layer and an ice phase bottom-layer. The liquid fraction f=LWC/(LWC+IWC) of the top-layer was between 0.5 and 1, while f≈0 for the bottom-layer. WRF had some difficulties to simulate the mixed-phase cloud, but did reasonably well in simulating the amount of supercooled cloud water (LWC). Even though WRF overestimated the size and underestimated the total number-concentration of droplets, these two estimates canceled out each other thus correctly simulating LWC. WRF underestimated the liquid fraction and on average only got f<0.5. WRF showed a high sensitivity to changes in the ice nucleation where this resulted in a huge loss of ice and liquid water in some cases. If you have less than a 1/10 of the ice nucleation left you lose all the ice, and if you have 10 times as much ice nucleation you lose almost all the liquid water. One of the consequences of this is the amount of precipitation, where simulations with a reasonable fraction of ice and liquid water generated the largest amounts of precipitation.