1. NARVAL ( North Atlantic Rainfall VALidation) 2. Ziele

Projektskizze für HALO aus dem Bereich Konvektion und Dynamik
Bisherige Bezeichnung:
„The Water Budget of North Atlantic Cyclones“, vorgeschlagen in der HUNT Initiative im
Bereich 5, Clouds and Precipitation sowie auf dem DLR HALO Workshop März 2005.
1. NARVAL ( North Atlantic Rainfall VALidation)
C. Klepp2, S. Bakan1, L. Hirsch1, G. Peters2
1
Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
2
Meteorologisches Institut, Universität Hamburg
2. Ziele
Beschrieben wird die geplante Feldkampagne zur Validierung von konvektiven
Mesoskalaniederschlägen auf der Rückseiten nordatlantischer Tiefdruckgebiete im
Ausstromgebiet der Labradorsee. Zur Durchführung wird das neue Forschungsflugzeug HALO
genutzt. Das Hauptvorhaben sowie die dafür benötigten Flüge wurden bereits als Demo-Mission
für HALO akzeptiert. Der vorgesehene Zeitraum umfasst den Januar und Februar 2011. Eine
weitere Flugmission mit identischer Instrumentierung im überlappenden Zeitraum Januar bis Mai
2011 zur Untersuchung von Konvektionsstrukturen in der winterlichen Passatregion wird in einem
separatem Dokument beschrieben (Björn Stevens).
Die Hauptmotivation für die hier vorgeschlagene Mission ergibt sich aus einem offensichtlichen
Defizit sowohl von Satellitendatenanalysen als auch von Wettervorhersagemodellen, bestimmte
kleinräumige aber intensive Niederschlagsanomalien in Nordatlantischen Zyklonen geeignet zu
erfassen. In der Folge werden die daraus resultierenden Wetterphänomene mit gelegentlich sehr
starker Wirksamkeit über Europa oft nicht richtig vorhergesagt. Das folgt aus Untersuchungen
über die Niederschlagsverteilung im Bereich des Nordatlantischen Stormtracks auf Basis eines in
Hamburg entwickelten Satelliten-Datensatzes HOAPS (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters
and Fluxes from Satellite data; http://www.hoaps.org; Andersson et al., 2009) im Rahmen des
SFB 512 zum Thema "Tiefdruckgebiete und Klimasystem des Nordatlantiks".
Intensive Niederschläge in nordatlantischen Tiefdruckgebieten existieren, vor allem im Winterhalbjahr, nicht nur in den Fronten sondern auch innerhalb der Kaltluftausbrüche auf der Rückseite
der Kaltfronten. Hier entstehen häufig stark konvektiv geprägte mesoskalige Tiefdruckgebiete
(PFL – Post Frontal Low) die innerhalb weniger Stunden zu intensiven Wettererscheinungen heranwachsen können. Diese erreichen zum Teil auch den europäischen Kontinent und können dort
zu Orkanen mit Starkregen führen. Die Aufgabe der numerischen Wettervorhersage ist somit, neben der Erfassung der großskaligen Tiefdruckgebiete, auch diese kleinräumigen wetterintensiven
Störungen zu erfassen und korrekt vorherzusagen. Während ersteres inzwischen zufrieden stellend
gelingt, sind die Modellerfassung und Vorhersage von PFL’s nach wie vor problematisch.
Ein umfangreicher Datensatz von Schiffswetterbeobachtungen (VOS) zur Validierung von Niederschlägen wurde während der FASTEX Feldkampagne im Februar 1997 von Forschungs- und
Handelsschiffen (VOS) gewonnen. Hierbei standen vor allem auch Daten in Regionen zur Verfügung, die einerseits sonst nur selten von Schiffen befahren werden und die anderseits häufig PFL`s
aufweisen. Für diesen Zeitraum konnten solche Niederschlagsereignisse untersucht und mit Daten
des EZMW (Europäisches Zentrum für Mittelfristvorhersage) und der Satellitenklimatologie HOAPS (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite data) verglichen werden.
Vorausgehende Studien im SFB 512 (Klepp et al., 2003) belegen, dass die Niederschlagsmuster
und –Intensitäten der HOAPS Klimatologie (im Gegensatz zu anderen bekannten Niederschlags-
algorithmen) in guter Übereinstimmung mit den beobachteten Niederschlägen der VOS Daten
sind.
Die Ergebnisse zeigen zudem, dass das EZMW Modell frontale Niederschlagsstrukturen und –
Intensitäten, in Übereinstimmung mit den VOS und HOAPS Daten, recht zuverlässig erfasst. Dagegen fehlen die beobachteten mesoskaligen PFL Niederschläge zumeist. Aus den Schiffsdaten
folgt, dass der beobachtete Bodendruck in der Nähe der starken Niederschläge systematisch bis zu
16 hPa niedriger als in der weiteren Umgebung ist. Dadurch und durch die Form der Bewölkung
in Satellitenbildern liegt die Vermutung nahe, dass man es hier mit sehr kleinräumigen aber intensiven Tiefdruckwirbeln zu tun hat. Vom EZMW-Model werden diese kleinräumigen Druckanomalien aber häufig nicht erfasst und daher die zugehörigen mesoskaligen Wirbelstrukturen auch nicht
geeignet in die Vorhersage einbezogen. Dies führt zu der Vermutung, dass der fehlende Modellniederschlag im Gebiet der PFLs primär eine Folge des nicht vorhandenen lokalen Tiefdrucks sein
kann (Klepp et al., 2005). Warum die Beobachtungsdaten offenbar nicht in die Modellanalyse
eingehen, ist unklar, dürfte aber mit der routinemäßigen Plausibilitätskontrolle für Schiffsdaten
zusammen hängen, die für die vorliegenden Fälle zu restriktiv ist.
Durch die vorgeschlagene Demomission soll ein Beitrag zur Beantwortung folgender Fragen
geleistet werden:
– Wie hoch ist die in-situ gemessene Niederschlagsrate in den verschiedenen Bereichen
atlantischer Zyklonen und wie ist sie räumlich verteilt ?
– Können die in HOAPS – jedoch nicht in anderen Datensätzen und Analysen - beobachteten
postfrontalen Niederschlagsgebiete in der Kaltluft westlich von Kaltfronten, deren
Niederschlag einen substantiellen Anteil des Gesamtniederschlages aus nordatlantischen
Zyklonen ausmacht, durch hochauflösende Radarmessungen verifiziert werden?
– Handelt es sich bei den im HOAPS-Datensatz analysierten und von Schiffsbeobachtungen
nahegelegten intensiven PFL-Niederschlägen um mesoskalige Cluster mit vielen einzelnen
intensiven Schauerereignissen oder um bis zu 500 km durchmessende homogene
Starkniederschlagsereignisse? Diese Frage kann wegen der mangelnden räumlichen
Auflösung nicht durch Satelliten und wegen der mangelnden räumlich Abdeckung auch
nicht durch Punktmessung der Schiffe beantwortet werden.
– Hochaufgelöste AVHRR Satellitenbilder (bis zu 1.1 km) lassen auf frontale Strukturen
(wie z.B. Kaltfronten von 100 km Länge) in diesen Clustern schliessen. Detaillierte
Beobachtungen sind zum besseren Prozessverständnis nötig.
– Was muss an den NWP Modellketten verbessert werden, um die Diskrepanzen zu
beseitigen und die rechtzeitigeVorhersagbarkeit solcher Ereignisse zu gewährleisten ?
– Wodurch sind lokalisierte Niederschlagsereignisse über dem Nordatlantik gekennzeichnet,
die im Verlauf Ihres weiteren Verlaufs zu Extremwetterereignissen über Europa führen
können? (Dynamik, Dry Intrusion)
Andersson, A., C. Klepp, S. Bakan, K. Fennig, J., and J. Schulz, 2009: The HOAPS climatology
of essential water cycle parameters. Submitted to BAMS.
Klepp, C., S. Bakan, and H. Graßl, 2003: Improvements of satellite derived cyclonic rainfall over
the North Atlantic. J. of Climate, 16, 657-669.
Klepp, C., S. Bakan, and H. Graßl, 2005: Missing North Atlantic Cyclonic Precipitation
in the ECMWF Model detected through HOAPS II. Met. Z., Vol. 14, No. 6, 809-821.
3. Kriterien für HALO Demomission
Das Projekt eignet sich für eine Demomission, da es sowohl von weitreichender wissenschaftlicher Bedeutung
– Schließung des globalen Wasserkreislaufs, Einfluß des Frischwassers (bis zu 1 Sv) auf die
THC mit entsprechenden Konsequenzen für die Klimamodellierung
als auch von wirtschaftlichem/gesellschaftlichem Interesse ist
– Verbesserung der Vorhersagbarkeit von Extremwetter-Ereignissen in Europa.
HALO ist (neben HIAPER) der einzige Messgeräteträger, mit dem dieses Vorhaben erfolgreich
durchgeführt werden kann. Das ausgedehnte Messgebiet muss in einer Zeit, die kurz gegen die
Zyklonen-Lebensdauer ist, abgedeckt werden. Hierfür kommen grundsätzlich nur Flugzeuge in
Frage. Mit vorhandenen Forschungsflugzeugen ist das ausgedehnte Messgebiet über dem freien
Atlantik jedoch nicht erreichbar.
Es gibt zur Zeit nach unserem Wissen kein konkurrierendes Projekt – etwa für HIAPER, das sich
mit dieser Frage befasst.
4. Vorgesehene Instrumente/Personal
Die Wolken und Niederschlagsdaten sollen im Wesentlichen durch aktive und passive Mikrometerwellen-Fernerkundung gewonnen werden. Das Kerninstrument ist ein 36 GHz Wolkenradar,
das durch Radiometer in den Frequenzbereichen 19, 35 und 85 GHz ergänzt wird. Diese Konfiguration wurde als HAMP (HAlo Microwave Package) der MPG sowie der Universität Hamburg zur
Beschaffung für HALO vorgeschlagen.
Die Instrumentierung ist vollständig vorhanden. Die Anpassung für den Flugzeugeinbau ist beauftragt, die Zertifizierung ist angelaufen und die notwendigen Erprobungen in Vorbereitung. Für die
außerhalb der Druckkabine anzubringenden Radarantenne ist ein so genannter Belly Pod erforderlich. Diese Konstruktion wird vom DLR in enger Absprache mit den Nutzern vorangetrieben. Am
3. Mai 2005 fand am IAP des DLR ein Workshop statt, auf dem die Konfiguration der darin unterzubringenden Geräte festgelegt und das weitere Vorgehen verabredet wurde.
Radar Antenna
Radiometers
100 kg total
Radar Antenna
Abb. 1: Querschnitte durch Rumpf und Belly Pod. Links: Radiometer, Rechts: Wolkenradarantenne (Nach A. Giez, Cloudradar Workshop 3.5.2005)
Abb. 2: Querschnitt durch Rumpf und Belly Pod. Radar Antenne und Radar-Elektronik.
(Nach A. Giez, Cloudradar Workshop 3.5.2005)
Massen:
Radar Antenne
Radar Elektronik
Radiometer
Datenaquisition
40 kg
90 kg
100 kg (Summe)
20 kg + ¼ Rack
Die Überprüfung des störungsfreien Zusammenspiels der HAMP Gesamtinstrumentierung ist in
einem Messanhänger des MPI in Hamburg in Vorbereitung.
Personal: 2 Wissenschaftler für das HAMP-Kernprogramm
Im Interesse einer möglichst vollständigen Beschreibung des Wolkenszenarios sowie der Thermodynamik werden simultane Lidarmessungen sowie Strahlungsflussmessungen im optischen Bereich sowie nahen und fernen Infrarot angestrebt. Eine weitere wertvolle Ergänzung wären DropSonden zur Validierung der Fernerkundungsprodukte. Potentielle Partner, die dieses ergänzende
Instrumentarium oder Teile hiervon in das vorgesehene Messprogramm ggf. mit eigener Zielsetzung einbringen würden, sind willkommen. Entsprechende Abstimmungen stehen jedoch noch
aus.
5. Zeitplan
Die Analyse der 18jährigen Klimatologie HOAPS zeigt, dass sich der Zeitraum der intensivsten
Niederschläge im Stromtrack des Nordatlantiks auf die Wintermonate Dezember, Januar und Februar konzentriert. In diesen drei Monaten ist die Wahrscheinlichkeit für das zusätzliche Auftreten
von PFL`s groß. Solch wetterintensive Mesozyklonen entstehen durchschnittlich alle drei Tage,
wenn die Großwetterlage großräumige, schnellziehende Tiefdruckgebiete zulässt. Dann entstehen
diese PFL`s auf der Rückseite der Muttertiefs in der Kaltluft die mit bis zu –40°C vom kanadischen Kontinent herabströmt. Diese sehr kalte Luft trifft südlich der Labradorsee auf das vergleichsweise sehr warme Golfstromwasser vor Neufundland. In dieser Region bestehen die stärk-
sten horizontalen SST Gradienten überhaupt. Daher ist diese Region bei etwa 320°W und 50°N
prädestiniert für die Entstehung von PFL`s die im weiteren Verlauf auch das europäische Festland
erreichen und zu teilweise erheblichen Schäden führen können.
Kriterium für Flugbedingung:
Die Entscheidung für Messflüge kann auf Grund der kombinierten Information aus der NWP Modellvorhersagekette und den GOES-E und AVHRR Satellitenbildern getroffen werden. Dazu ist
einerseits die Analyse der großen steuernden Tiefdruckgebiete vor der Ostküste der USA nötig als
auch die in den Kaltluftausbrüchen vorhandenen Vorläuferwolkenstrukturen, bzw. eingelagerte
Störungen, die häufig im weiteren Verlauf innerhalb von sechs Stunden zu PFL`s werden können.
Wie oft voraussichtlich erfüllt:
Die HOAPS Klimatologie zeigt, dass im DJF Zeitraum bei Kaltluftausbruchsituationen etwa alle
drei Tage PFL Situationen auftreten können. Eine detaillierte Analyse der PFL Häufigkeiten der
letzten 18 Jahre ist derzeit in Arbeit. Diese belegt zwar, dass die Wiederholrate hoch ist, allerdings
ist die Vorwarnzeit für eine relativ sichere Einsatzentscheidung von sechs Stunden recht kurz.
6. Messstrategie
6.1.
Region
Die Position und Orientierung des Messgebiets im Nordatlantik wird auf Grund aktueller Analysen vor Abflug in Oberpfaffenhofen festgelegt. Die Kantenlänge beträgt typisch 500 km. Wegen
der z.T. schnellen Bewegung solcher Gebiete müssen die exakten Operationskoordinaten auf
Grund von aktueller Satelliteninformation ggf. noch während des Anfluges geringfügig angepasst
werden.
Es wäre sinnvoll, die Flugzeugmessungen am Boden durch Schiffe des THORPEX Experimentes
und Driftbojen mit Regenmessern zu unterstützen. Eine entsprechende Koordinierung mit der
THORPEX Community wird angestrebt.
6.2.
Vorgesehene Flugmuster
Das vorgesehene Flugmuster ist weitgehend dadurch bestimmt, dass die Untersuchung als Fernerkundungsmission von oberhalb des interessierenden Wolkengebietes durchgeführt werden soll.
Wegen des großen Abstandes des Messgebietes von der HALO-Basis in Oberpfaffenhofen wird
ein Messflug in zwei Teilen mit einer Zwischenlandung in Nordamerika oder Grönland vorgeschlagen.
Das ostwärts driftende Messgebiet ist in Abb. 3 (oben und Mitte) angedeutet. Die gewünschten
Flughöhen sind im unteren Teil dargestellt. Typischerweise sind in der Polarluft konvektive Wolken auf 3 bis 5 km Höhe beschränkt, so dass eine Flughöhe von 6 km ausreichend sein dürfte.
Hochreichender Cirrus ist bei solchen Wetterlagen aufgrund absinkender Luft (dry Intrusion) selten anzutreffen. Der Anflug ins Messgebiet führt dagegen zwangsläufig durch das Muttertief auf
dem Nordatlantik, welches in maximaler Flughöhe messend überflogen werden soll.
Das Flugmuster („Matratze“ maximal möglicher Länge) im Messgebiet soll sowohl auf dem Hinals auch auf dem Rückweg absolviert werden. Durch die Flüge an jeweils zwei aufeinander folgenden Tagen ergibt sich die Chance, sowohl die Keime als auch das Reifestadium der PFLs zu
untersuchen.
Abb. 3: Oben und Mitte: Hin- und Rückflug, sowie Flugmuster im Messgebiet. Unten: Messhöhen
beim An- und Abflug sowie im Messgebiet.
6.3.
Einsatzplanung und externe Partner
Die HALO-Basis kann während der Kampagne in Oberpfaffenhofen verbleiben.
Es sind zwei Hin- und Rückflüge innerhalb einer Bereitschaftszeit von maximal 6 Wochen geplant
im Zeitraum Januar und Februar 2011. Anflüge zum Messgebiet könnten bei absehbar falscher
Prognose noch abgebrochen werden. Denkbar wäre auch eine Stationierung des Flugzeuges bei
geeigneten Großwetterlagenbedingungen z.B. nach Goose Bay. Von dort aus könnten die PFL’s
mit kurzer Reaktionszeit aus effektiv überflogen werden. Insgesamt werden 50 Flugstunden jedoch nicht überschritten.
Das Projekt steht in enger Zusammenarbeit mit der Universität Köln (S. Crewell) und dem MaxPlanck Institut für Meteorologie (B. Stevens). Eine Kooperation mit der Wolkenradar Arbeitsgruppe des DLR (U. Schumann) zur Einbindung des DIAL ist angestrebt.
NARVAL: Flights in support of the Aerosols, Clouds,
Precipitation and Climate: Barbados Field Study
Bjorn Stevens
Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg Germany
December 19, 2008
Figure 1: Shallow precipitating cumulus cloud as observed during the Rain in Cumulus Over the Ocean
Field Study (Rauber et al., 2007). Such clouds have come to iconize the role of clouds, precipitation and
the aerosol in climate.
Executive Summary
We describe a planned field study of the structure of convection in the winter-trades. In this study we
propose to incorporate flights from the new German HALO research aircraft. The requested flights are
to be supported out of an allocation made available to the Max Planck Society (and in particular this PI,
through the course of his starting negotiations) in the context of the NARVAL mission, and potentially
as an addition to the proposed ACRIDICON measurements. The request entails a shift prolongation in
the requested window for NARVAL (January to May 2011) as well as additional flights being added to
the proposed ACRIDICON project. In the context of NARVAL the missions described herein compose
one of two sets of missions to be flown, the other set: “Validation of convective mesoscale precipitation
in North Atlantic Cyclones” by Klepp et al. is described in an accompanying document. Proposed flight
plans are described, with all flights based out of the DLR facility in Oberpfaffenhofen.
Background
Climate science, particularly climate prediction, has been stymied by difficult and longstanding problems—
mostly related to clouds. Long ago Langmuir (1948) recognized that:
1
since cumulus clouds often develop rain within less than thirty minutes after their formation, we see that some mechanism other than that assumed in evaporation-condensation
theory most be involved in rain formation.
Langmuir’s “mechanism” turned out to be collision-coalescence, but a quantitative understanding of the
factors that initiate the coalescence process remains elusive. Dating back to the work of Squires (1956)
Warner and Twomey (1967) and Twomey and Wojciechowski (1969) the idea that the aerosol may be key
has underlain many attempts to understand warm rain formation. Initially such connections motivated
research into cloud seeding. More recently the emphasis has been on aerosol effects on climate, as
a number of studies continue to suggest that the role of the aerosol in setting the precipitation rate
(particularly for shallow clouds) may control cloud radiative properties as well (e.g., Albrecht, 1989;
Denman et al., 2007).
If only we understood clouds better—irrespective of the aerosol. Indeed, long after Langmuir, but
still more than thirty years ago, (Arakawa, 1975) wrote that
the modelling of time dependent clouds is perhaps the weakest aspect of the existing
general circulation models and may be the most difficult task in constructing any reliable
climate model.
It was a prescient comment. Four years later the National Research Council published the report of the
Ad Hoc Study Group on Carbon Dioxide and Climate, (otherwise known as the Charney Report Charney
et al., 1979) which concluded that we
cannot predict the location and intensities of regional climate change with confidence
[in part because] existing parameterizations of cloud amounts in general circulation models
are physically very crude . . . [and are] one of the weakest links in the general circulation
modeling efforts.
Through to the present day, cloud effects “remain the largest source of uncertainty” in model based estimates of climate sensitivity (IPCC, 2007), with “low clouds making the largest contribution” (Randall
et al., 2007, emphasis added).
This confluence of problems: Clouds, the Aerosol, Precipitation and Climate, remain among the
most difficult and important problems in the field and motivate, in broad terms, our study. To elevate
the empirical basis for addressing this problem, the Max-Planck-Institute for Meteorology has initiated
a project to study the structure of tropical cloud regimes using a combination of long-term active remote
sensing, in situ observations, and analysis of satellite observations.
Objective
Our specific focus will center on the question:
What controls the distribution and structure of trade-wind convection?
The initiative will have both a modeling and an observational component. The observational component
is described herein.
The specific point of focus, trade-wind convection, is motivated by a number of studies (e.g., Bony
and Dufresne, 2006; Medeiros et al., 2008), which have argued that the divergent changes in cloudiness
in the trade-wind regimes is the single largest contributor to divergent cloud-feedbacks in model based
estimates of climate sensitivity. Likewise, rain in the trades is not necessary, as the water budget can
be balanced simply by enhanced transport of dry-air to the surface. Hence many of the questions as to
the possible role of the aerosol in modulating rain and cloud amount are most relevant to trade-wind
cloud regimes. Further, a recent intensive period of observations, with extensive in situ and groundbased remote sensing (Rauber et al., 2007) in such a regime, provides a rich framework for longer-term,
2
more statistically oriented, measurements—particularly of (non-precipitating) clouds which were poorly
characterized in previous studies.
Experimental Strategy
Barbuda
Atlantic Ocean
NASA A-Train
Caribbean Sea
Radar Site
Ragged Point
x
Grantley Adams
International Airport
Figure 2: Barbados, including inset map of Island showing airport (which indicates prevailing wind
direction) and measurement site at Ragged point. The point marked radar site refers to the location
of the CMO precipitation radar. Also indicated is the Island of Barbuda where the radar measurements
during the recent RICO field study were made, and approximate location of nearest CALIOP (CALIPSO
Lidar) swaths.
Field work will be centered around observations to be collected at Ragged Point on the Island of
Barbados. As shown in Fig. 2 the measurement site is ideally suited to sample a variety of cloud regimes,
not least the downstream regime of the winter trades. In early 2010 we plan to install:
• A highly sensitive scanning K-band cloud radar
• A DIAL water vapor lidar
• An advanced multi-channel Raman Lidar.
We anticipate maintaining the instruments on this site for at least two years, thereby spanning two seasons. The instrument suite will be complemented by: (i) the University of Miami Aerosol measurement
station, which has been operative for more than forty years; (ii) the AGAGE site, which measures 40
trace gases; and (iii) daily soundings and S-Band Caribbean Meteorological Organization radar measurements made continuously. In addition we hope to augment our measurements with the help of a
second, portable, cloud radar, and through the participation of other institutes as discussed briefly below.
3
The long-term measurements will be complemented by in situ sampling through the use of the
HALO aircraft, operated by the DLR. It is proposed that in the second year of measurements, two
to four missions be flown. Each mission shall consist of 20-30 hours of flight time distributed over
three legs. It is proposed that the missions be flown in the context of the NARVAL and ACRIDICON
demonstration projects, as a core component of the former and as a supplement to the latter.
1
3
2
A-Train
HALO
In Situ Measurements
Figure 3: Sketch of proposed flight strategy, showing mean streamlines of the winter trades from
ECMWF superimposed on large-scale vertical velocity. A-train orbits are shown by straight solid lines,
and the dotted lines indicates a great circle between Oberpfaffenhofen and Barbados. The enumerated
circles reflect in situ sampling stations at positions upwind of Barbados.
The flight strategy for each HALO mission is described with the help of Fig. 3. The first, outgoing
leg, will be between the HALO home base in Oberpfaffenhofen, near Munich, and Grantley Adams
airport on Barbados. Our idea is for HALO to fly, at cruising altitude, along an airmass trajectory that
intersects an A-Train orbit three days upwind of Barbados. At the point (marked “1” in Fig. 3) where
the airmass, HALO, and the A-Train coincide HALO will descend to the near surface and commence
a period of in situ measurements so as to characterize the airmass, surface fluxes and cloud properties.
HALO will then proceed at altitude to Barbados where, before landing, it will again characterize airmass
and cloud properties just upwind of the measurement site. The following day, time permitting, a short
(2-3 hr) mission will be flown in the airmass upwind of the Island, as marked by the figure. On the
third day HALO will reverse its outbound journey, this time attempting to intercept the original airmass
where it again is intercepted by an A-train overpass, as indicated on the figure.
Additional instrumentation, other than HAMP as was originally requested for NARVAL, include:
dropsondes, if the dropsonde facility is available; microphysical sensors mounted from PMS canisters
on wingpods; (iii) aerosol measurements similar to what is being requested for ACRIDCRON; and (iv)
and basic state parameters, including turbulence measurements with the gust-probe and fast temperature
and humidity sensors. In addition if it is possible to also fly the DLR-DIAL system during this flights
such measurements would greatly complement those we already are planning to make.
Ideally HALO would be flown during the period of active winter trades, which are best sampled in
the time-frame between January and May 2011. This entails a slight change in the requested NARVAL
time-slot, with a preferred period some months later than what is currently planned. To the extent the
originally planned NARVAL missions are still flown such a delay would not interfere with the originally
4
planned NARVAL flights, as both types of missions favor winter conditions over the North Atlantic.
Flight Planning and Coordination
During the first year of remote sensing measurements, in 2010, we will work through the flight planning
and coordination to estimate how reasonably we can predict the position of upstream air-masses three
days ahead of time, and how well this positioning can be coordinated with A-Train overpasses. That
is the 2010 period provides an opportunity for a year of virtual flight planning. In addition to the PI’s
interest in the project, one full-time scientist and a scientific support person will be devoted full time
to project planning, preparation and subsequent data analysis and integration. Current planning for the
project with the MPI-M is being coordinated by Dr. Lutz Hirsch, and a PhD student has recently been
invited to join the project in the context of the International Max Planck Research School. More students
and post-doctoral researchers can be anticipated to join the project as it develops and grows.
Synergy with ACRIDICON
To the extent to which instrumentation from other missions (primarily ACRIDICON) might usefully
fly as part of the NARVAL missions, and the other way around, some degree of coordination may be
beneficial. In addition to the possibility of adding NARVAL flights to the ACRIDICON mission, it may
well be possible to accommodate objectives from each of these missions within the other. Toward this
end we have begun initial discussions with the group at Mainz and others involved in the ACRIDICON
project.
External Partners
In addition to collaborations with the measurements groups at the University of Miami and the Caribbean
Institute for Meteorology and Hydrology, we look to partner with a variety of national institutions.
In particular we have been in close contact with investigators the Leipzig Institute for Tropospheric
Research (Stratmann, Siebert), Karlsruhe Institute for Technology (Beheng), the University of Köln
(Crewell), the Max Planck Institute for Chemistry in Mainz (Andrea, Pöschl), and at the Universities in
Hamburg (Peters), Mainz and eventually Leipzig (Wendisch). We are hoping to have support for in situ
analysis and measurements by collaborators in Leipzig and Mainz. The Karlsruhe group has tentatively
made their state of the art cloud radar available for this study, which may make it possible to have two
cloud radars for part of the observational period. Last, but certainly not least, the cloud-radar facility is
partly established through the cooperation with DLR (U. Schumann) whose DIAL facility would also
naturally complement the objectives of this project.
References
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