Aerosol-cloud interactions and their effects on precipitation

Abstract

Aerosol-cloud interactions are a leading source of uncertainty in atmospheric mod- eling, with precipitation responses that are regime-dependent and often non-monotonic. This thesis investigates these effects using the WRF model with the aerosol-aware Thomp- son-Eidhammer microphysics scheme through cloud condensation nuclei and ice-nucle- ating particle sensitivity experiments across contrasting cloud regimes, with results ad- ditionally interpreted in the context of cloud seeding. An urban anthropogenic aerosol perturbation and a Saharan dust intrusion are evaluated using a complementary method- ology that replaces the default aerosol climatology with case-specific fields constructed from WRF-Chem GOCART simulations. Across all experiments, the scheme reproduces well-documented aerosol-cloud interaction signatures in a physically transparent way, in- cluding the glaciation effect, warm-rain activation and suppression, and the shift between aerosol-limited and competition-limited regimes.

Interakcie aerosólov s oblakmi predstavujú jeden z hlavných zdrojov neistoty v mode- lovaní atmosféry, pričom odozva zrážok je závislá na režime a často nemonotónna. Táto práca skúma tieto efekty pomocou modelu WRF s mikrofyzikálnou schémou Thompson- Eidhammer, ktorá explicitne zahŕňa aerosóly, prostredníctvom citlivostných experimen- tov s kondenzačnými jadrami a ľadotvornými časticami naprieč kontrastnými oblačnými režimami, pričom výsledky sú dodatočne interpretované aj v kontexte úmyselného ovplyv- ňovania oblačnosti. Mestská antropogénna aerosólová perturbácia a epizódy saharského prachu sú hodnotené pomocou doplnkovej metodiky, ktorá nahrádza štandardnú aerosó- lovú klimatológiu prípadovo špecifickými poľami zostavenými zo simulácií WRF-Chem GOCART. Vo všetkých experimentoch schéma fyzikálne konzistentne reprodukuje dobre zdokumentované interakcie aerosólov s oblakmi.