Numerical modeling of ice nucleating properties of atmospheric mineral aerosol: doctoral dissertation
Нумеричко моделирање нуклеационих особина атмосферског минералног аеросола
Докторанд
Ilić, LukaМентор
Lazić, LazarЧланови комисије
Kuzmanoski, MajaĐurđević, Vladimir
Vučković, Vladan
Vuković Vimić, Ana
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Mineral dust particles are one of the most abundant aerosol species in the atmosphere.
They are very efficient ice nucleating particles (INPs). A mineralogy-sensitive immersion
freezing parameterization in presence of dust particles has been implemented in Dust Regional
Atmospheric Model (DREAM). Ice nucleating particle concentration (INPC) was also
parameterized using two mineralogy-indifferent immersion freezing, and two deposition
nucleation parameterizations. A two-year model dataset of dust vertical profiles in Europe was
contributed to a model evaluation study at the European scale. Selected cases in the
Mediterranean in April 2016, were analyzed in more detail and compared with the lidar-derived
vertical profiles of cloud relevant dust concentrations and INPC and in situ INPC
measurements. Predicted INPC values were compared to the ice crystal number concentration
(ICNC) vertical profiles product during satellite overpasses over the dust plume. Ground-based
cloud radar observati...ons of ice water content (IWC) and satellite observations of ice water path
(IWP) were used in a qualitative assessment of INPC and observed cloud correlation. While
all three model setups agreed within one order of magnitude, the mineralogy-sensitive setup
presented a sharp maximum in INPC at -25°C and the sharpest decrease of INPC at
temperatures higher than -20°C, due to sensitivity to feldspar. It showed agreement with the in
situ measurements at temperatures lower than -20°. It was also the most successful in predicting
the ICNC profile shape and extent in the presented cases. Variations in the feldspar content
influence the effectiveness of dust as an INP but this effect is reduced by the sedimentation of
feldspar silt particles. The horizontal distribution of INPs was well predicted by all the model
setups. The differences due to deposition nucleation parameterizations and feldspar content
were more pronounced above sea surfaces, over the Atlantic, the Mediterranean and the
Caspian Sea.
Честице минералног аеросола су један од најприсутнијих типова аеросола у
атмосфери. Оне су веома ефикасна језгра нуклеације (INP). Параметризација
имерзионог замрзавања у зависности од минералног састава честица песка је укључена
у Dust Regional Atmospheric Model (DREAM). Концентрација језгара нуклеације (INPC)
је такође параметризована коришћењем две параметризације имерзионог замрзавања и
две параметризације депозиционе нуклеације које су индиферентне на састав песка.
Подаци добијени двогодишњим симулацијама моделом су део студије евалуације
модела регионалних размера у Европи. Одабрани случајеви у Медитерану током априла
2016. године су детаљније анализирани и поређени са вертикалним профилима
концентрација песка релевантним за коришћене параметризације и INPC добијеним
мерењима лидаром и in situ мерењима INPC. Прогнозиране вредности INPC су поређене
са вертикалним профилима концентрација ледених кристала (ICNC) добијених током
сателитских прелета изнад перјанице песка. Извршено је ...квалитативно поређење INPC
са осмотреним облацима на основу мерења садржаја леда (IWP) радаром са земље и
сателитским осматрањима садржаја леда у стубу ваздуха (IWC). Сви избори
параметризација у моделу се слажу до једног реда величине, међутим, минералошки
осетљива параметризација показује оштар максимум у INPC на -25°C и најстрмији пад
INPC на температурама изнад -20°C због осетљивости на активност фелдспара. Ова
параметризација се слаже са in situ мерењима на температурама нижим од -20°C. Такође
је најуспешнија у представљању облика и вертикалне распрострањености ICNC у
приказаним случајевима. Промене у садржају фелдспара утичу на ефикасност песка као
INP али овај ефекат је смањен седиментацијом фелдспара у честицама прашине.
Хоризонтална распрострањеност INP је добро прогнозирана у свим подешавањима
модела. Разлике због избора шеме за депозициону нуклеацију и због садржаја фелдспара
су више изражене изнад водених површина, изнад Атлантика, Медитерана и Каспијског
језера.