L'Arctique a changé à un rythme plus rapide que le reste de la planète. Les nuages ​​ont un impact sur le bilan énergétique de surface et, Donc, la fonte ou la croissance des glaces terrestres et océaniques. De nombreux nuages ​​arctiques sont en « phase mixte, " composé à la fois de glace et de particules liquides. Prédire correctement la répartition de la masse et les transitions entre ces deux phases est essentiel pour comprendre les impacts des nuages ​​sur le climat arctique. Pourquoi ? Parce que les particules de glace et les gouttelettes liquides diffusent et absorbent l'énergie solaire et infrarouge de manière sensiblement différente. Une équipe a découvert que le mouvement à grande échelle des masses d'air qui ont différentes concentrations d'aérosols et d'humidité a une influence majeure sur la phase des nuages. .

Des experts se sont réunis et ont déterminé les processus clés qui contrôlent la répartition de la glace et des particules liquides dans les nuages ​​arctiques. L'étude a spécifiquement examiné l'interaction entre les processus à grande échelle et à échelle locale pour identifier les processus microphysiques à petite échelle qui sont les plus importants à capturer pour les modèles mondiaux afin de mieux simuler la phase nuageuse correcte dans les modèles. L'étude a également identifié que de meilleures observations des paramètres clés des aérosols sont souhaitables pour mieux comprendre comment les interactions aérosol-nuage entraînent les transitions dans la phase nuageuse. Les résultats de l'étude offrent des informations pour mieux représenter les nuages ​​arctiques dans les modèles numériques de météorologie et de système terrestre.

De nombreux nuages ​​arctiques sont en phase mixte. Prédire correctement la répartition de la masse et les transitions entre ces deux phases est essentiel pour comprendre les impacts des nuages ​​sur le climat arctique, car les particules de glace et les gouttelettes liquides affectent le transfert radiatif atmosphérique de manières sensiblement différentes. L'équipe a choisi de se concentrer sur un nuage stratiforme persistant à phase mixte observé sur le site de mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) du DOE à Barrow, Alaska, les 11 et 12 mars, 2013. Ce cas est particulièrement intéressant car une variabilité temporelle substantielle de la couche de nuage liquide et des précipitations de glace associées a été observée pendant la durée de 37 heures du nuage.

L'équipe a utilisé une vaste gamme d'instruments de télédétection au sol, y compris les radars lidar et multifréquences à pointage vertical et à balayage exploités à l'observatoire atmosphérique ARM North Slope of Alaska à Barrow, combiné avec des informations sur la diffusion et l'absorption de la lumière des aérosols provenant des instruments de la National Oceanic and Atmospheric Administration. Pour fournir un contexte à grande échelle pour l'étude de cas et pour examiner les processus importants plus en détail, plusieurs approches modèles ont été utilisées. Des simulations de modèle à zone limitée sont utilisées pour identifier les processus qui provoquent la descente de la couche nuageuse ainsi que le rôle du forçage de surface et à grande échelle dans les transitions de précipitation et de partition de phase observées. Les prévisions à court terme du modèle de surveillance de la composition atmosphérique et du climat (MACC) sont utilisées pour acquérir une perspective plus large sur le transport des aérosols à et autour de Barrow pendant la période d'étude de cas, et aider à comprendre dans quelle mesure les changements observés localement dans la quantité et le type d'aérosol pourraient être attribués à l'advection par rapport au traitement local.

Des ressources d'observation et de modélisation ont été réunies pour comprendre les processus qui contrôlent le partitionnement de la phase cloud et sa transition dans le temps. Les preuves suggèrent que trois facteurs principaux ont contribué au changement brutal de la partition de phase pour cette étude de cas :

1. L'advection à grande échelle de différentes masses d'air avec différentes teneurs en humidité et des indications de différentes concentrations d'aérosols ont joué un rôle. Pendant la période de plus haute teneur en glace et en eau liquide, la masse d'air au-dessus de Barrow avait une concentration d'aérosols relativement élevée et était soutenue par une advection humide au niveau des nuages.
2. Processus à l'échelle du cloud, en particulier l'état de couplage thermodynamique nuage-surface, changé au moment de cette transition de masse d'air.
3. Temps de résidence des particules de glace, qui est lié à des dynamiques à l'échelle locale, était important dans le changement de partition de phase.

L'équipe a découvert que la trajectoire simulée de l'eau glacée était plus élevée pendant les périodes de forts courants ascendants qui dominaient au début de l'étude de cas. Après la transition, les courants ascendants se sont affaiblis et les cristaux de glace sont tombés plus rapidement du système nuageux. L'équipe a découvert que le blindage radiatif d'un cirrus le 12 mars et l'influence du cycle solaire étaient d'une importance mineure pour la modulation de la turbulence dans le nuage en phase mixte, et n'a donc probablement pas joué de rôle clé dans la transition. Un manque d'observations des propriétés des aérosols, y compris les concentrations de noyaux de glace et les profils verticaux des concentrations et de la taille des particules d'aérosol, pose un défi de taille pour comprendre les transitions de phase. En outre, cette étude de cas suggère que l'interaction des propriétés microphysiques des nuages ​​induites par les aérosols avec les processus dynamiques et thermodynamiques des nuages ​​peut également être d'une importance critique.