Het noordpoolgebied is sneller veranderd dan de rest van de planeet. Wolken hebben invloed op het oppervlakte-energiebudget en dus, het smelten of groeien van land- en oceaanijs. Veel Arctische wolken zijn "gemengde fase, " bestaande uit zowel ijs- als vloeistofdeeltjes tegelijk. Het correct voorspellen van de verdeling van massa en overgangen tussen deze twee fasen is van vitaal belang voor het begrijpen van de impact van wolken op het Arctische klimaat. Waarom? Omdat ijsdeeltjes en vloeistofdruppels zonne- en infrarode energie verstrooien en absorberen in wezenlijk verschillende Een team ontdekte dat de grootschalige beweging van luchtmassa's met verschillende aerosolconcentraties en vochtigheid een grote invloed heeft op de wolkenfase. Ook belangrijk waren kleinere processen die van invloed waren op hoe lang een ijsdeeltje in de wolk bleef hangen .

Experts kwamen samen en bepaalden de belangrijkste processen die de verdeling van ijs en vloeibare deeltjes in Arctische wolken regelen. De studie keek specifiek naar het samenspel tussen grootschalige en lokale processen om te identificeren welke kleinschalige microfysische processen het belangrijkst zijn voor wereldwijde modellen om vast te leggen om de juiste wolkenfase in modellen beter te simuleren. De studie identificeerde ook dat betere observaties van belangrijke aërosolparameters wenselijk zijn om beter te begrijpen hoe aërosol-wolk-interacties overgangen in de wolkenfase stimuleren. De resultaten van de studie bieden inzichten om Arctische wolken beter weer te geven in numerieke weer- en aardesysteemmodellen.

Veel Arctische wolken hebben een gemengde fase. Het correct voorspellen van de verdeling van massa en overgangen tussen deze twee fasen is van vitaal belang voor het begrijpen van de impact van wolken op het Arctische klimaat, omdat ijsdeeltjes en vloeistofdruppels de atmosferische stralingsoverdracht op aanzienlijk verschillende manieren beïnvloeden. Het team koos ervoor om zich te concentreren op een aanhoudende stratiforme wolk met gemengde fasen die werd waargenomen op DOE's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) -site in Barrow, Alaska, op 11-12 maart, 2013. Deze casus is van bijzonder belang omdat er aanzienlijke temporele variabiliteit in de vloeistofwolklaag en de bijbehorende ijsneerslag werd waargenomen tijdens de 37 uur durende wolk.

Het team gebruikte een uitgebreide reeks op de grond gebaseerde teledetectie-instrumenten, inclusief lidar en multifrequentie verticaal wijzende en scannende radars die worden gebruikt bij het atmosferische observatorium ARM North Slope van Alaska in Barrow, gecombineerd met informatie over verstrooiing en absorptie van aerosollicht van instrumenten van de National Oceanic and Atmospheric Administration. Om grootschalige context voor de case study te bieden en om belangrijke processen in meer detail te onderzoeken, meerdere modelbenaderingen werden gebruikt. Gelimiteerde gebiedsmodelsimulaties worden gebruikt om processen te identificeren die de daling van de wolkenlaag veroorzaken, evenals de rol van oppervlakte- en grootschalige forcering in de waargenomen neerslag- en faseverdelingsovergangen. Kortetermijnvoorspellingen van het Monitoring Atmospheric Composition and Climate (MACC) -model worden gebruikt om een ​​breder perspectief te krijgen op aerosoltransport op en rond Barrow tijdens de case study-periode, en helpen begrijpen in welke mate lokaal waargenomen verschuivingen in hoeveelheid en type aerosol kunnen worden toegeschreven aan advectie versus lokale verwerking.

Observatie- en modelleringsbronnen werden samengebracht om inzicht te krijgen in de processen die de cloudfase-partitionering en de overgang ervan in de tijd beheersen. Er zijn aanwijzingen dat drie hoofdfactoren hebben bijgedragen aan de abrupte verandering in faseverdeling voor deze casestudy:

1. Grootschalige advectie van verschillende luchtmassa's met verschillend vochtgehalte en indicaties van verschillende aerosolconcentraties speelden een rol. Gedurende de tijd van het hoogste ijs- en vloeibaar watergehalte, de luchtmassa boven Barrow had een relatief hoge aerosolconcentratie en werd ondersteund door vochtige advectie op wolkenniveau.
2. Cloud-schaal processen, in het bijzonder de thermodynamische koppelingstoestand aan het wolkenoppervlak, veranderd ten tijde van deze luchtmassatransitie.
3. Verblijftijd ijsdeeltjes, die verband houdt met dynamiek op lokale schaal, was belangrijk bij de verandering van faseverdeling.

Het team ontdekte dat het gesimuleerde ijswaterpad hoger was in tijden van sterke opwaartse stromingen die domineerden tijdens het eerste deel van de casestudy. Na de overgang, de opwaartse luchtstroom verzwakte en ijskristallen vielen sneller uit het wolkensysteem. Het team ontdekte dat de stralingsafscherming van een cirruswolk op 12 maart en de invloed van de zonnecyclus van ondergeschikt belang waren voor turbulentiemodulatie in de gemengde fasewolk, en speelde dus waarschijnlijk geen sleutelrol in de overgang. Een gebrek aan waarnemingen van aërosoleigenschappen, inclusief ijskernenconcentraties en verticale profielen van aërosoldeeltjesconcentraties en -grootte, vormt een grote uitdaging voor het begrijpen van faseovergangen. Aanvullend, deze casestudy suggereert dat het samenspel van door aerosol geïnduceerde microfysische eigenschappen van wolken met dynamische en thermodynamische processen van wolken ook van cruciaal belang kan zijn.