Authors:	Luderer, Gunnar G.
Title:	Modeling of deep-convective
Online publication date:	26-Sep-2007
Year of first publication:	2007
Language:	english
Abstract:	Deep convection by pyro-cumulonimbus clouds (pyroCb) can transport large amounts of forest fire smoke into the upper troposphere and lower stratosphere. Here, results from numerical simulations of such deep convective smoke transport are presented. The structure, shape and injection height of the pyroCb simulated for a specific case study are in good agreement with observations. The model results confirm that substantial amounts of smoke are injected into the lower stratosphere. Small-scale mixing processes at the cloud top result in a significant enhancement of smoke injection into the stratosphere. Sensitivity studies show that the release of sensible heat by the fire plays an important role for the dynamics of the pyroCb. Furthermore, the convection is found to be very sensitive to background meteorological conditions. While the abundance of aerosol particles acting as cloud condensation nuclei (CCN) has a strong influence on the microphysical structure of the pyroCb, the CCN effect on the convective dynamics is rather weak. The release of latent heat dominates the overall energy budget of the pyroCb. Since most of the cloud water originates from moisture entrained from the background atmosphere, the fire-released moisture contributes only minor to convection dynamics. Sufficient fire heating, favorable meteorological conditions, and small-scale mixing processes at the cloud top are identified as the key ingredients for troposphere-to-stratosphere transport by pyroCb convection. Pyrocumulonimbus Wolken (PyroCb) konnen große Mengen Rauch aus Waldbränden in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre transportieren. In dieser Arbeit werden Ergebnisse von numerischen Simulationen solcher PyroCb-Konvektion vorgestellt. Die Form, Struktur und Injektionshöhe der für eine Fallstudie simulierten Wolke stimmen gut mit Beobachtungen überein. Die Modellergebnisse bestätigen einen erheblichen Eintrag von Rauch in die Stratosphäre und zeigen, dass kleinskalige Vermischungsprozesse zu einer deutlichen Verstärkung des Raucheintrags in die Stratosphäre führen. Sensitivitätsstudien zeigen, dass die vom Feuer erzeugte Hitze einen wichtigen Einfluss auf die dynamische Struktur der PyroCb hat. Außerdem wirken sich meteorologische Bedingungen sehr stark auf die Konvektionsdynamik aus. Die hohe Anzahl der durch das Feuer emittierten Aerosolpartikel, die als Kondensationskeime wirken, beeinflusst zwar stark die mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke, hat aber nur schwache Auswirkungen auf die Konvektionsdynamik. Die Freisetzung latenter Wärme dominiert das Energiebudget der Wolke. Das meiste Wolkenwasser stammt aus eingemischter Umgebungsluft, daher liefert die durch das Feuer freigesetzte latente Wärme nur einen untergeordneten Beitrag zur Konvektionsdynamik. Ausreichend starke Hitzeentwicklung durch das Feuer, begünstigende meteorologische Bedingungen und kleinskalige Transportprozesse an der Wolkenobergrenze werden als Hauptvoraussetzungen für den Eintrag von Rauch in die untere Stratosphäre identifiziert.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3402
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-13996
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen