Wolkenkondensations- und Eisnuklei

Die Aerosolpartikel, die Wolkentröpfchen und Eiskristalle bilden und so die Wolkenbildung und den Niederschlag steuern.

Definition

Wolkenkondensationskerne und Eisnukleationspartikel sind die Untergruppen atmosphärischer Aerosole, die jeweils als Orte dienen, an denen sich Wolkentröpfchen und Eiskristalle bilden.

Scope

Umfasst die Quellen, Zusammensetzung und Größe von Wolkenkondensationskernen und Eisnukleationspartikeln; deren Häufigkeit und räumliche Variabilität; die Abhängigkeit der Wolkentröpfchenzahl und Eiskristallkonzentration von diesen Partikeln; und den daraus resultierenden Einfluss von Aerosolen auf die Wolkenmikrostruktur und den Niederschlag.

Core questions

• Was macht ein Aerosolpartikel als Wolkenkondensationskern oder Eiskeim effektiv?
• Wie steuert die Häufigkeit dieser Partikel die Wolkentröpfchen- und Eiskonzentrationen?
• Wie unterscheiden sich natürliche und anthropogene Quellen in ihren wolkenbildenden Effekten?

Key theories

Aerosolsteuerung der Wolkenmikrostruktur

Die Anzahl und Eigenschaften der nukleierenden Aerosole bestimmen die Konzentration von Wolkentröpfchen und Eiskristallen und verknüpfen so die Aerosolverschmutzung mit der Wolkenhelligkeit, -lebensdauer und dem Niederschlag.

Mechanisms

Wolkenkondensationskerne sind typischerweise lösliche oder hygroskopische Partikel, die größer als etwa 50 Nanometer sind und bei den moderaten Übersättigungen in Wolken aktiviert werden; ihre Anzahl bestimmt maßgeblich die Wolkentröpfchenkonzentration. Eisnukleationspartikel sind weitaus seltener und neigen dazu, unlöslicher Mineralstaub, biologische Partikel oder andere Oberflächen zu sein, die das Gefrieren bei wärmeren Temperaturen katalysieren, als es die homogene Nukleation zulässt. Eine Erhöhung der Nukleikonzentrationen führt zu zahlreicheren, kleineren Tröpfchen oder Kristallen, was die Wolkenreflektivität, Lebensdauer und Niederschlagseffizienz verändert.

Clinical relevance

Da nukleierende Aerosole die Anzahl der Wolkentröpfchen und des Eises bestimmen, vermitteln sie Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen, die eine der größten Unsicherheiten bei der Abschätzung des menschlichen Einflusses auf das Klima darstellen.

History

Die Erkenntnis, dass eine begrenzte Population von Aerosolen Wolkenpartikel bildet, geht auf Arbeiten vom Anfang des 20. Jahrhunderts zurück, doch die Quantifizierung der globalen Verteilung von Kondensations- und insbesondere Eisnuklei und ihrer Klimaeffekte ist seit dem späten 20. Jahrhundert ein aktiver Forschungsschwerpunkt.

Key figures

• Meinrat Andreae
• Daniel Rosenfeld
• Paul DeMott

Seminal works

• andreae2008
• demott2010

Frequently asked questions

Warum sind Eiskeime so viel seltener als Kondensationskeime?

Die Initiierung von Eis erfordert eine Partikeloberfläche, die dem Eisgitter ausreichend genau entspricht, um das Gefrieren zu katalysieren, eine Eigenschaft, die nur ein kleiner Teil der Aerosole, wie bestimmte Mineralstäube und biologische Partikel, besitzt.