The Impact of the Snow-Darkening Effect on Snow Cover and the Atmosphere During a Major Dust Event Across Eurasia
Creators: name: Rohde, Anika
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: ICON
ART
ensemble
snow
albedo
aerosols
mineral dust
light-absorbing impurities
Eurasia
Saharan dust
snow-darkening
snow melt
snow aging

description: Die Oberfläche von Schnee hat ein hohes Verhältnis von gestreuter zu einfallender kurzwelliger Strahlung. Allerdings beeinflussen verschiedene Einflüsse die sogenannte Schneealbedo erheblich. Modelle verwenden meist starke Vereinfachungen der Schneealbedo, die viele Unsicherheiten mit sich bringen. Einer der Prozesse, die auf die Albedo einwirken, ist die Ablagerung von Mineralstaub auf Schnee. Die Störung des Staubs erzeugt Rückkopplungen in der Schneedecke und in der Atmosphäre. Zur Untersuchung diesen Einflusses, wurde das Modellsystem ICON-ART um eine Parametrisierung einer spektralen Schneealbedo erweitert, die Alterungsprozesse des Schnees und den Verdunklungseffekt des Mineralstaubs berücksichtigt. Die Alterung von Schnee wurde mittels der optisch äquivalenten Schneekorngröße, sowie der neuen spektralen Albedo anhand von Beobachtungen in Grönland ausgewertet. Es hat sich gezeigt, dass die spektrale Albedo mit den atmosphärischen Bedingungen im Tagesverlauf um mehrere Prozent variiert und dass die Alterung stark von der Schneetemperatur abhängt. Daher wurde die Parametrisierung dahingehend ergänzt, dass arktische Bedingungen ebenfalls berücksichtigt werden. Die resultierende Parametrisierung der Schneealterung ermöglicht die Simulation der optischen Schneekorngröße, die sich weitgehend mit den Messungen deckt. Die modellierte Schneealbedo stimmt mit den Beobachtungen an bewölkten Tagen in Grönland überein, aber es wird eine Überschätzung der Albedo bei klarem Himmel beobachtet. Der Einfluss von Mineralstaub auf die Schneealbedo wurde mit den neuen Modellentwicklungen in einer Simulation eines großen Staubdepositionsereignisses im Frühjahr 2018 untersucht. Das Untersuchungsgebiet umfasst große Teile Europas und die westlichen Teile Asiens. Zehn Tage vom 22. März 2018 wurden in der ICON-LAM Konfiguration mit einer horizontalen Auflösung von 10 km simuliert. Es wurde eine Ensemble-Simulation mit einer Anzahl von 80 Mitgliedern generiert. Es wurde festgestellt, dass sich der Verdunklungseffekt sukzessiv entwickelt und von Einflüssen der natürlichen Variabilität überlagert wird. In diesem Zusammenhang interferieren modifizierte Wolkenmuster mit der Quantifizierung des Strahlungsantriebs an der Oberfläche, Änderungen der Niederschlagsmuster bei der Ermittlung des Einflusses auf die Schneehöhe und Verlagerungen großräumiger Wettersysteme bei der Untersuchung des Einflusses auf die Oberflächentemperatur und 2m-Temperatur. Die Mittelung über das Ensemble und eine Signifikanzanalyse hilft maßgeblich dabei, Signale des Mineralstaubs von dem Einfluss der natürlichen Variabilität zu trennen. Hauptsächlich haben sich Gebiete in Gebirgen sowie flache Gebiete entlang der Schneegrenze als anfällig für den Verdunklungseffekt herausgestellt. Im Kaukasusgebirge manifestiert sich die Rückkopplung als verstärkte Schneeschmelze. Die hier gefundene Korrelation zeigt, dass am achten Simulationstag eine Reduktion der Oberflächenalbedo von -2.83 % mit einer mittleren Reduktion der Schneehöhe um -1.36 cm verbunden ist. Entlang der Schneegrenze zeigt sich die Rückkopplung auf die Mineralstaubablagerung vor allem in der Erwärmung der Oberfläche. Hier ist eine Erwärmung um 0.92 K an eine Verringerung der Oberflächenalbedo um -4.50 % gekoppelt. Im Mittel ist bei einer Verringerung der Oberflächenalbedo um -2.93 % ein Strahlungsantrieb von 19.15 W/m2 an der Oberfläche zu erwarten. Diese Studie zeigt, dass die Rückkopplung auf den Einfluss der Mineralstaubablagerung auf Schnee von der Höhe, Ausrichtung des Hangs, Schneehöhe und dem Schneebedeckungsgrad abhängig ist. Die Oberflächentemperatur reagiert in niedrigeren Lagen am stärksten auf Mineralstaub, wo die Schneedecke noch lückenhaft und dünn ist. In höher gelegenen Gebieten wirkt sich die Albedoreduktion hauptsächlich auf die Schneehöhe aus.