Arktis har förändrats i snabbare takt än resten av planeten. Moln påverkar ytanergibudgeten och Således, smältning eller tillväxt av land- och havsbaserad is. Många arktiska moln är "blandade faser, " som består av både is- och vätskepartiklar samtidigt. Att korrekt förutsäga uppdelningen av massa och övergångar mellan dessa två faser är avgörande för att förstå molnpåverkan på det arktiska klimatet. Varför? Eftersom ispartiklar och vätskedroppar sprider och absorberar sol- och infraröd energi i väsentligt olika sätt. Ett team fann att den storskaliga rörelsen av luftmassor som har olika aerosolkoncentrationer och luftfuktighet har stor inverkan på molnens fas. Också viktiga var processer i mindre skala som påverkade hur länge en ispartikel stannade uppe i molnet .

Experter gick samman och bestämde nyckelprocesserna som styr uppdelningen av is- och vätskepartiklar i arktiska moln. Studien tittade specifikt på samspelet mellan processer i stor och lokal skala för att identifiera vilka småskaliga mikrofysiska processer som är viktigast för globala modeller att fånga för att bättre simulera rätt molnfas i modeller. Studien identifierade också att bättre observationer av viktiga aerosolparametrar är önskvärda för att bättre förstå hur aerosol-molninteraktioner driver övergångar i molnfas. Resultaten av studien ger insikter för att bättre representera arktiska moln i numeriska väder- och jordsystemmodeller.

Många arktiska moln är blandade. Att korrekt förutsäga uppdelningen av massa och övergångar mellan dessa två faser är avgörande för att förstå molns inverkan på det arktiska klimatet eftersom ispartiklar och vätskedroppar påverkar atmosfärisk strålningsöverföring på väsentligt olika sätt. Teamet valde att fokusera på ett ihållande stratiformt blandfasmoln observerat på DOE:s Atmospheric Radiation Measurement (ARM) -plats i Barrow, Alaska, den 11-12 mars, 2013. Det här fallet är av särskilt intresse eftersom betydande tidsvariationer i vätskemolnlagret och tillhörande isutfällning observerades under molnets 37-timmarsperiod.

Teamet använde en omfattande uppsättning markbaserade fjärravkänningsinstrument, inklusive lidar och multifrekvens vertikalt pekande och skannande radarer som drivs vid ARM North Slope i Alaskas atmosfäriska observatorium i Barrow, kombinerat med information om spridning och absorption av aerosolljus från National Oceanic and Atmospheric Administrations instrument. För att ge ett storskaligt sammanhang för fallstudien och för att undersöka viktiga processer mer i detalj, flera modellmetoder användes. Simuleringar av begränsade areamodeller används för att identifiera processer som orsakar nedgången av molnskiktet samt rollen av yt- och storskalig forcering i de observerade nederbörds- och fasfördelningsövergångarna. Korttidsprognoser från modellen Monitoring Atmospheric Composition and Climate (MACC) används för att få ett bredare perspektiv på aerosoltransport vid och runt Barrow under fallstudieperioden, och hjälpa till att förstå i vilken grad lokalt observerade förändringar i mängd och typ av aerosol kan tillskrivas advektion kontra lokal bearbetning.

Observations- och modelleringsresurser sammanfördes för att förstå de processer som styr molnfaspartitioneringen och dess övergång i tid. Bevis tyder på att tre huvudfaktorer bidrog till den abrupta förändringen i fasuppdelningen för denna fallstudie:

1. Storskalig advektion av olika luftmassor med olika fukthalt och indikationer på olika aerosolkoncentrationer spelade roll. Under tiden med det högsta innehållet av is och flytande vatten, luftmassan över Barrow hade en relativt hög aerosolkoncentration och stöddes av fuktig advektion på molnnivå.
2. Molnskala processer, specifikt molnytans termodynamiska kopplingstillstånd, förändrades vid tidpunkten för denna luftmassövergång.
3. Ispartiklars uppehållstid, som är kopplat till lokal skala dynamik, var viktigt vid förändringen av fasdelningen.

Teamet fann att den simulerade isvattenvägen var högre under tider av starka uppströmmar som dominerade under den tidiga delen av fallstudien. Efter övergången, uppströmningen försvagades och iskristaller föll snabbare från molnsystemet. Teamet fann att den strålande avskärmningen av ett cirrusmoln den 12 mars och påverkan av solcykeln var av mindre betydelse för turbulensmodulering i blandfasmolnet, och därmed troligen inte spelade nyckelroller i övergången. Brist på observationer av aerosolegenskaper, inklusive koncentrationer av iskärnor och vertikala profiler av aerosolpartikelkoncentrationer och storlek, utgör en stor utmaning för att förstå fasövergångar. Dessutom, denna fallstudie tyder på att samspelet mellan aerosol-inducerade moln mikrofysiska egenskaper med moln dynamiska och termodynamiska processer också kan vara kritiskt viktigt.