Sedimentationseffekte beeinflussen die Lebenszeit von Stratokumuluswolken stärker als bisher gedacht

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Stratokumuluswolken kühlen die Erdatmosphäre effizient ab, indem sie die einfallende Sonnenstrahlung zurück ins All reflektieren. Allerdings ist es eine Herausforderung, die Lebenszeit von Stratokumuluswolken vorherzusagen. Ein Hauptgrund dafür ist, dass noch nicht bekannt ist wie sich Stratokumuluswolken mit der freien troposphärischen Luft über ihnen mischen.

In einer neuen Studie im “Journal of Advances in Modeling the Earth System” untersuchen Dr. Bernhard Schulz und Prof. Juan Pedro Mellado, Wissenschaftler der Max-Planck-Forschungsgruppe „Turbulente Mischungsprozesse im Erdsystem“ am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), zwei der Schlüsselprozesse, die den Mischungsprozess von wolkiger und freier troposphärischer Luft schwer vorhersagbar machen. Der erste Prozess ist die Sedimentation, das gravitationsbedingte Absinken von Wolkentropfen, die die Wolkenoberkante bilden. Die Sedimentation verringert die Mischungsrate von wolkiger und freier troposphärischer Luft. Der zweite Prozess ist die Windscherung an der Wolkenoberkante, welcher die Mischungsrate erhöht. Durch direkte numerische Simulationen mit einer Gitterauflösung von ungefähr 20 cm haben die Autoren gezeigt, dass unter subtropischen Bedingungen beide Prozesse die Mischungsrate gleich stark beeinflussen können. Während Sedimentation von Wolkentropfen die Mischungsrate um bis zu 40% verringert, macht Windscherung das Gegenteil und erhöht die Mischungsrate um bis zu 40%. Dieses Ergebnis stellt frühere Large Eddy Simulationen in Frage, welche darauf hindeuten, dass Windscherungseffekte wichtiger sind als Sedimentationseffekte.

Da die Tropfengrößenverteilung die Stärke der Sedimentationseffekte bestimmt, können Änderungen in der Tropfengrößenverteilung die Mischungsrate stark beeinflussen, und somit können Sedimentationseffekte auch die Lebenszeit von Wolken erheblich beeinflussen. Dies zeigt, dass Sedimentationseffekte die Lebensdauer von Wolken nicht nur durch ihre Auswirkungen auf die Regenbildung beeinflussen können, sondern auch durch ihre Auswirkungen auf die Mischungsrate von wolkiger und freier troposphärischer Luft. Eine zweite Schlussfolgerung ist, dass für Parametrisierungen der Mischungsrate Sedimentations- und Windscherungseffekte gleich wichtig sind.

 

Originalveröffentlichung:

Schulz, B., & Mellado, J. P. (2019). Competing effects of droplet sedimentation and wind shear on entrainment in stratocumulus. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11. https://doi.org/10.1029/2019MS001617

 

Kontakt:

Dr. Bernhard Schulz
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 313
E-Mail: bernhard.schulz@we dont want spammpimet.mpg.de

Prof. Dr. Juan Pedro Mellado
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: juan-pedro.mellado@we dont want spammpimet.mpg.de