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A new parameterization of ice heterogeneous nucleation coupled to aerosol chemistry in WRF-Chem model version 3.5.1: evaluation through ISDAC measurements

Authors :
S. A. Keita
E. Girard
J.-C. Raut
M. Leriche
J.-P. Blanchet
J. Pelon
T. Onishi
A. Cirisan
Centre ESCER
Université du Québec à Montréal = University of Québec in Montréal (UQAM)
TROPO - LATMOS
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'aérologie (LAERO)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Geoscientific Model Development, Geoscientific Model Development, 2020, 13 (11), pp.5737-5755. ⟨10.5194/gmd-13-5737-2020⟩, Geoscientific Model Development, Vol 13, Pp 5737-5755 (2020), Geoscientific Model Development, European Geosciences Union, 2020, 13 (11), pp.5737-5755. ⟨10.5194/gmd-13-5737-2020⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

In the Arctic, during polar night and early spring, ice clouds are separated into two leading types of ice clouds (TICs): (1) TIC1 clouds characterized by a large concentration of very small crystals and TIC2 clouds characterized by a low concentration of large ice crystals. Using a suitable parameterization of heterogeneous ice nucleation is essential for properly representing ice clouds in meteorological and climate models and subsequently understanding their interactions with aerosols and radiation. Here, we describe a new parameterization for ice crystal formation by heterogeneous nucleation in water-subsaturated conditions coupled to aerosol chemistry in the Weather Research and Forecasting model coupled with chemistry (WRF-Chem). The parameterization is implemented in the Milbrandt and Yau (2005a, b) two-moment cloud microphysics scheme, and we assess how the WRF-Chem model responds to the run-time interaction between chemistry and the new parameterization. Well-documented reference cases provided us with in situ data from the spring 2008 Indirect and Semi-Direct Aerosol Campaign (ISDAC) over Alaska. Our analysis reveals that the new parameterization clearly improves the representation of the ice water content (IWC) in polluted or unpolluted air masses and shows the poor performance of the reference parameterization in representing ice clouds with low IWC. The new parameterization is able to represent TIC1 and TIC2 microphysical characteristics at the top of the clouds, where heterogenous ice nucleation is most likely occurring, even with the known bias of simulated aerosols by WRF-Chem over the Arctic.

Details

Language :
English
ISSN :
19919603 and 1991959X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geoscientific Model Development, Geoscientific Model Development, 2020, 13 (11), pp.5737-5755. ⟨10.5194/gmd-13-5737-2020⟩, Geoscientific Model Development, Vol 13, Pp 5737-5755 (2020), Geoscientific Model Development, European Geosciences Union, 2020, 13 (11), pp.5737-5755. ⟨10.5194/gmd-13-5737-2020⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7c69fd6f846d8b5cccfffcbb3f3ac796
Full Text :
https://doi.org/10.5194/gmd-13-5737-2020⟩