Advanced

Investigation of Aerosol Influence on Operational Weather Forecasts

Edvardsson, Nellie LU (2016) FYSK02 20161
Department of Physics
Combustion Physics
Abstract
Low precipitation events are difficult to predict due to the many processes taking part in formation of precipitation. An additional challenge is that many of the processes act on a smaller scale than what weather models can resolve. The aerosol impact on the state of the atmosphere is an example of one of these processes. The aim of this study is to investigate the impact of sea salt aerosols on the prediction of short wave radiation flux, air temperature, and relative humidity, meteorological parameters important for precipitation formation. Including aerosols in weather prediction models might lead to an improvement of weather forecasts.

The numerical weather prediction model HARMONIE is used to complete model runs with and without... (More)
Low precipitation events are difficult to predict due to the many processes taking part in formation of precipitation. An additional challenge is that many of the processes act on a smaller scale than what weather models can resolve. The aerosol impact on the state of the atmosphere is an example of one of these processes. The aim of this study is to investigate the impact of sea salt aerosols on the prediction of short wave radiation flux, air temperature, and relative humidity, meteorological parameters important for precipitation formation. Including aerosols in weather prediction models might lead to an improvement of weather forecasts.

The numerical weather prediction model HARMONIE is used to complete model runs with and without sea salt aerosols. This is done for two specific cases of low precipitation events, one during winter (7 December 2014) and one during summer (31 May 2015).

Impact of sea salt aerosols on the three meteorological parameters was found, both on the diurnal cycle at the surface and at vertical levels in the atmosphere. For both cases, it was found that the largest impact of sea salt aerosols on air temperature and relative humidity at the surface occurred in connection with low pressure systems present in the area of study. In the vertical, the impact on air temperature was most pronounced in the planetary boundary layer. The difference in relative humidity was strongest at the level of 850-500 hPa. When comparing the two cases, it was found that the impact on short wave radiation flux was more pronounced during summer compared to winter. The impact on air temperature and relative humidity was found to be strongest during the winter. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Blir det regn imorgon?

Att svara på denna fråga är en av meteorologernas största utmaning. Detta är på grund av att formationen av nederbörd beror av olika faktorer, varav många sker på en sådan liten skala att inte ens dagens kraftfullaste datorer kan beräkna ekvationerna som beskriver dessa processer.

Något som har en viktig roll vid nederbördsformation är olika typer av partiklar i atmosfären, så kallade aerosoler. Aerosoler ändrar förhållandena i atmosfären genom att sprida eller absorbera solljus, vilket i sin tur påverkar temperaturen i atmosfären. Vid absorption av solinstrålning värms atmosfären upp och vid spridning av solinstrålning sänks temperaturen i atmosfären. Aerosolerna påverkar även molnbildning eftersom... (More)
Blir det regn imorgon?

Att svara på denna fråga är en av meteorologernas största utmaning. Detta är på grund av att formationen av nederbörd beror av olika faktorer, varav många sker på en sådan liten skala att inte ens dagens kraftfullaste datorer kan beräkna ekvationerna som beskriver dessa processer.

Något som har en viktig roll vid nederbördsformation är olika typer av partiklar i atmosfären, så kallade aerosoler. Aerosoler ändrar förhållandena i atmosfären genom att sprida eller absorbera solljus, vilket i sin tur påverkar temperaturen i atmosfären. Vid absorption av solinstrålning värms atmosfären upp och vid spridning av solinstrålning sänks temperaturen i atmosfären. Aerosolerna påverkar även molnbildning eftersom vattenånga i luften kondenserar på partiklar för att bilda moln. En högre mängd aerosoler kan leda till fler moln. Fler moln leder inte nödvändigtvis till mer nederbörd eftersom en ökad mängd aerosoler ger fler och mindre molndroppar, vilka inte blir tillräckligt stora för att bilda regndroppar.

Detta projekt fokuserar på havssaltaerosoler och hur dessa påverkar solinstrålning, temperatur och relativ luftfuktighet under lågintensiv nederbörd (nederbörd av några få mm/h). Två dagar av lågintensiv nederbörd över Danmark och södra Sverige valdes ut, en dag under vintern (7 december 2014) och en dag under sommaren (31 maj 2015). För dessa två dagar kördes en vädermodell vid namn HARMONIE och två prognoser gjordes, en med effekterna av havssaltaerosoler och en utan.

Figur 1 visar skillnad i temperatur mellan de två modellkörningarna (med havssaltaerosoler – utan havssaltaerosoler) för den 7 december 2014, kl. 21 UTC. Bilden visar stora skillnader i temperatur vilket innebär att havssaltaerosolerna hade inverkan på temperaturprognosen. Studien fann också att solinstrålning och relativ luftfuktighet påverkades av aerosolerna, både under vintern och sommaren. Området där påverkan på temperatur och relativ luftfuktighet identifierades visade sig sammanfalla med lågtryckssystem och den lågintensiva nederbörd som föll i samband med dessa. Påverkan på relativ luftfuktighet och temperatur visade sig vara starkare på vintern medans påverkan på solinstrålning var tydligare på sommaren.

Slutsatsen av studien är att det är viktigt att ta hänsyn till havssaltaerosoler vid vädermodellering eftersom de har visat sig ha inverkan på prognoserna av de tre väderparametrarna solinstrålning, temperatur och relativ luftfuktighet. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Edvardsson, Nellie LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20161
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Sea salt aerosols, aerosols, numerical weather prediction, NWP, HARMONIE, weather forecasts
language
English
id
8875254
date added to LUP
2016-06-08 09:33:48
date last changed
2016-06-08 09:33:48
@misc{8875254,
  abstract     = {Low precipitation events are difficult to predict due to the many processes taking part in formation of precipitation. An additional challenge is that many of the processes act on a smaller scale than what weather models can resolve. The aerosol impact on the state of the atmosphere is an example of one of these processes. The aim of this study is to investigate the impact of sea salt aerosols on the prediction of short wave radiation flux, air temperature, and relative humidity, meteorological parameters important for precipitation formation. Including aerosols in weather prediction models might lead to an improvement of weather forecasts. 
 
The numerical weather prediction model HARMONIE is used to complete model runs with and without sea salt aerosols. This is done for two specific cases of low precipitation events, one during winter (7 December 2014) and one during summer (31 May 2015).

Impact of sea salt aerosols on the three meteorological parameters was found, both on the diurnal cycle at the surface and at vertical levels in the atmosphere. For both cases, it was found that the largest impact of sea salt aerosols on air temperature and relative humidity at the surface occurred in connection with low pressure systems present in the area of study. In the vertical, the impact on air temperature was most pronounced in the planetary boundary layer. The difference in relative humidity was strongest at the level of 850-500 hPa. When comparing the two cases, it was found that the impact on short wave radiation flux was more pronounced during summer compared to winter. The impact on air temperature and relative humidity was found to be strongest during the winter.},
  author       = {Edvardsson, Nellie},
  keyword      = {Sea salt aerosols,aerosols,numerical weather prediction,NWP,HARMONIE,weather forecasts},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Investigation of Aerosol Influence on Operational Weather Forecasts},
  year         = {2016},
}