An upgraded estimate of the radiative forcing of cryoplane contrails

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Abstract:

The radiative forcing of contrails is quantified for a hypothetical fleet of cryoplanes in comparison with a conventional aircraft fleet. The differences in bulk optical properties between conventional and cryoplane contrails are determined by numerical simulations of the microphysical evolution of conventional and cryoplane contrails, under several ambient conditions. Both types of contrails contain about the same ice mass, but the mean effective particle radius is found to be smaller by about a factor of 0.3 in conventional contrails than in cryoplane ones. Hence, in case of cryoplanes the contrail optical depth is lower, which counteracts (with respect to radiative forcing) the effect of increased contrail cover due to the higher specific emission of water vapour. If the information gained from the microphysical simulations is translated to the framework of a global climate model, the global mean radiative forcing of cryoplane contrails is simulated to be between about 30% lower and 30% higher compared to the radiative forcing of conventional contrails, depending on the quantitative assumptions made for the mean particle properties and also depending on the time slice considered. Our results indicate that the effect of decreased optical depth is about the same magnitude as the effect of increased contrail cover. Current state of knowledge does not allow a conclusive assessment whether the net radiative impact of cryoplane contrails will be smaller or larger than that of conventional contrails. Uncertainty with respect to radiative forcing arises mainly from insufficient knowledge regarding the mean effective ice crystal radius for both conventional and, especially, cryoplane contrails.

German
Der Strahlungsantrieb von Kondensstreifen auf Grund einer hypothetisch angenommenen Flotte wasserstoffgetriebener Flugzeuge ("Cryoplanes") wird mit dem entsprechenden Effekt einer herkömmlichen Luftverkehrsflotte verglichen. Die Bestimmung des Unterschiedes der mittleren optischen Eigenschaften für die beiden Typen von Kondensstreifen geschieht durch numerische Simulationen der mikrophysikalischen Entwicklung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Für beide Arten von Kondensstreifen stimmt die Masse des gebildeten Wolkeneises nahezu überein, aber der mittlere Partikelradius ist für Teilchen in herkömmlichen Kondensstreifen um etwa einen Faktor 0,3 kleiner. Somit ist die optische Dicke von Kondensstreifen aus Cryoplanes geringer; dieser Effekt wirkt – im Hinblick auf die Größe des Strahlungsantriebes – dem Effekt eines sich vergrößernden Bedeckungsgrades durch den höheren spezifischen Emissionsindex von Wasserdampf entgegen. Wird die aus den mikrophysikalischen Simulationen gewonnene Information in ein globales Klimamodell übertragen, so verringert oder erhöht sich der Strahlungsantrieb für die Kondensstreifen aus Cryoplanes gegenüber dem konventionellen Fall um etwa 30 %, je nachdem welche Annahmen für die Partikelgröße und -gestalt im Referenzfall und für die Zeitebene der Betrachtung gemacht werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Effekt der sich verringernden optischen Dicke und der Effekt des sich erhöhenden Bedeckungsgrades der Kondensstreifen im Cryoplane-Fall etwa gleich stark sind. Der gegenwärtige Wissensstand erlaubt kein abschließendes Urteil, ob die Strahlungswirkung von Cryoplane-Kondensstreifen kleiner oder größer sein würde als diejenige konventioneller Kondensstreifen. Die verbleibenden Unsicherheiten in der Abschätzung der Strahlungsantriebe sind vor allem auf eine mangelhafte Kenntnis des absoluten mittleren Partikelradius in den beiden verglichenen Fällen zurückzuführen.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2005/0057

Publication date: August 1, 2005

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