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终身荣誉-风之图腾
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2012外文气象书籍(完成更新)

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更多 发布于:2013-03-07 16:12
清单如下,然后慢慢上载
Atmospheric Physics: Background–Methods–Trends
The Future of the World's Climate
Climate and the Oceans
The Cryosphere
The Global Carbon Cycle
The Atmospheric Chemist’s Companion

每本收10金钱,反正是假钱,我觉得不算什么事情吧,主要希望能找准受众



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那是最美好的时代,那是最糟糕的时代;那是智慧的年头,那是愚昧的年头;那是信仰的时期,那是怀疑的时期;那是光明的季节,那是黑暗的季节;那是希望的春天,那是失望的冬天;我们拥有一切,我们一无所有; 我们全都在直奔天堂,我们全都在直奔相反的方向------简而言之,那时跟现在非常相象,某些最喧嚣的权威坚持要用形容词的最高级来形容它。说它好,是最高级的;说它不好,也是最高级的。
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发布于:2013-03-07 16:22
姝ゅ笘鍞环 10 金钱,宸叉湁 19 浜鸿喘涔 [璁板綍] [璐拱]
姝ゆ涓哄嚭鍞殑鍐呭锛岃喘涔板悗鏄剧ず


Atmospheric Physics: Background–Methods–Trends
Contents
Part I Background
1 The Atmosphere: Vast, Shallow, and Full of Subtleties . . . . . . . . 3
Andreas Dörnbrack
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 The Vertical Structure of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 The Tropopause Inversion Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 Atmospheric Circulation Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Regional Atmospheric Circulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Chemical Composition of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Hans Schlager, Volker Grewe and Anke Roiger
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Recent Achievements in Understanding the Chemical
Composition of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.1 Advances in Understanding the Composition
of the Polar Stratosphere and Troposphere . . . . . . . 24
2.2.2 Advances in Understanding the Composition
at Mid-Latitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.3 Advances in the Understanding of the Composition
in the Tropics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Aerosols in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Andreas Petzold and Bernd Kärcher
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Definitions and Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
ix
3.3 Sources, Atmospheric Processing, and Sinks . . . . . . . . . . . . 42
3.4 Spatial Distribution of Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5 Atmospheric Lifetime and Long-Range Transport. . . . . . . . . 46
3.6 Aerosols in the Climate System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4 Earth’s Radiation Budget: The Driver
for Weather and Climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Ralf Meerkötter and Margarita Vázquez-Navarro
4.1 A Few Physical Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 The Sun and Solar Radiation Reaching Earth . . . . . . . . . . . . 57
4.3 Earth’s Radiation Budget in Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4 Imbalances in Earth’s Radiation Budget . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.5 Relevance of Satellites for Monitoring the Earth
Radiation Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.6 Ongoing Research. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 Light Scattering on Molecules in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . 69
Benjamin Witschas
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 Classification of Light Scattering Mechanisms
in Molecular Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2.1 Rayleigh Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2.2 Raman Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2.3 Rayleigh–Brillouin Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.3 The Different Spectral Components of Molecular Scattered
Light and Its Application in Atmospheric Science . . . . . . . . 79
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6 Greenhouse Effect, Radiative Forcing and Climate Sensitivity . . . 85
Michael Ponater, Simone Dietmüller and Robert Sausen
6.1 The Greenhouse Effect as Part of Earth’s
Radiation Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.2 Climate Variability and Anthropogenic Climate Change . . . . 88
6.3 Component Effects, Radiative Forcing of Climate Change,
and Climate Feedbacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4 Assessing Tradeoffs; Climate Sensitivity and Efficacy . . . . . 93
6.5 Methodology Prospects of an Improved Quantification
of Component Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.6 Concluding Remarks and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
x Contents
7 Thunderstorms: Thermodynamics and Organization . . . . . . . . . . 101
Tobias Zinner and Pieter Groenemeijer
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.2 Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.3 Storm Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.3.1 Single Cell Storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.3.2 Multicell Storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.3.3 Supercell Storms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.4 Tornadoes and Other Severe Winds . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
8 Thunderstorms: Trace Species Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Heidi Huntrieser, Hartmut Höller and Volker Grewe
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
8.2 Experimental Set-Up of Airborne DLR Thunderstorm
Field Experiments Focusing on LNOx . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.2.1 Investigated Thunderstorm Types . . . . . . . . . . . . . 118
8.2.2 Airborne In Situ Trace Gas Measurements . . . . . . . 118
8.2.3 Ground-Based Lightning Measurements . . . . . . . . . 119
8.2.4 Flight Planning Tools and Flight Patterns. . . . . . . . 119
8.2.5 Quantification of LNOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.3 Results From Airborne DLR Thunderstorm Field
Experiments Focusing on LNOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.3.1 LNOx Mixing Ratios in Fresh Anvils Over Europe
and NOx Contribution From the Boundary Layer . . 121
8.3.2 LNOx in the Tropics and Subtropics: Parameters
Influencing the LNOx Production Rate . . . . . . . . . 125
8.4 Lightning Parameterization in Models and Results from
Simulations with DLR Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.5 Climate Impact of LNOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
8.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9 Ice Supersaturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Klaus Gierens, Peter Spichtinger and Ulrich Schumann
9.1 What is Relative Humidity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
9.2 What is the Origin of Ice Supersaturation?. . . . . . . . . . . . . . 138
9.3 Since When Does One Know About Ice Supersaturation
in the Atmosphere? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
9.4 Where Does One Find Ice Supersaturation in the
Atmosphere and How Often? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
9.5 What are the Properties of Ice Supersaturated Regions? . . . . 144
9.6 How Important is Ice Supersaturation for the Atmosphere,
for the Weather and for Climate? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Contents xi
9.7 Which are the Highest Values of Ice Supersaturation
in the Atmosphere? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
10 Atmospheric Ice Formation Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Bernd Kärcher
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.2 Aerosol-Mediated Modes of Ice Nucleation . . . . . . . . . . . . . 153
10.2.1 Homogeneous Ice Nucleation . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.2.2 Heterogeneous Ice Nucleation. . . . . . . . . . . . . . . . 155
10.2.3 Other Ice Nucleation Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.2.4 Ice Nucleation in Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
10.2.5 Sources of Ice Nuclei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
10.3 Dynamical Controls of Cloud Ice Formation . . . . . . . . . . . . 160
10.3.1 Generation of Supersaturation. . . . . . . . . . . . . . . . 160
10.3.2 Cirrus Formation by Homogeneous Freezing . . . . . 161
10.3.3 Role of IN in Cirrus Formation. . . . . . . . . . . . . . . 162
10.3.4 Challenges to Representing Ice Formation
in Large-Scale Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.4 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
11 Detection and Analysis of Water Vapor Transport . . . . . . . . . . . 169
Christoph Kiemle, Andreas Schäfler and Christiane Voigt
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
11.2 Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
11.3 Vertical Transport in the Atmospheric Boundary Layer . . . . . 174
11.4 Vertical Transport in Thunderstorms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
11.5 Stratosphere-Troposphere Exchange of Water Vapor
in a Stratospheric Intrusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
11.6 Transport of Moisture in a Mid-Latitude Cyclone Observed
by Wind and Water Vapor Lidars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
11.7 Conclusion and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
12 Long-Range Transport of Air Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Anke Roiger, Heidi Huntrieser and Hans Schlager
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
12.2 Results on the Long-Range Transport of Air Pollution . . . . . 187
12.2.1 Transport Pathways and Timescales . . . . . . . . . . . 189
12.2.2 Chemical Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
12.2.3 Aerosol Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.3 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
xii Contents
13 Atmospheric Acoustics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Dietrich Heimann, Arthur Schady and Joseph Feng
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
13.2 Outdoor Sound Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
13.3 Sound Propagation Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
13.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
13.5 Conclusions and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
14 Aircraft Wake Vortices: From Fundamental Research
to Operational Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Frank Holzäpfel and Thomas Gerz
14.1 The Wake Vortex Phenomenon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
14.2 Decoding Wake Vortex Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
14.3 Simplifying the Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
14.4 Wake Vortex Simulation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
14.5 Assessment and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
15 Contrails: Visible Aviation Induced Climate Impact . . . . . . . . . . 239
Ulrich Schumann, Kaspar Graf, Hermann Mannstein
and Bernhard Mayer
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
15.2 Contrail Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
15.3 The Schmidt–Appleman Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
15.4 Contrail Cirrus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
15.5 Radiative Forcing by Contrails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
15.6 Approximate Radiative Forcing Dependencies . . . . . . . . . . . 249
15.7 Energy Forcing by Contrail Forming Flights . . . . . . . . . . . . 250
15.8 Estimates of the Climatic Importance of Contrails . . . . . . . . 252
15.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Part II Methods
16 Measurements of Nitrogen Oxides and Related Trace Gases . . . . 261
Helmut Ziereis, Paul Stock and Hans Schlager
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
16.2 Challenges of Airborne Trace Gas Measurement . . . . . . . . . 262
16.3 Atmospheric Trace Gas Measurement Techniques . . . . . . . . 264
16.4 Measurement of Nitrogen Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
16.5 NOy and NO2 Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
16.6 O3 Measurement Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Contents xiii
16.7 CO Measurement Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
16.8 CO2 Measurement Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
16.9 Inlets and Sampling Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
16.10 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
16.11 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
16.11.1 Measurements of Nitrogen Oxides Emitted
by Civil Aircraft at Flight Level . . . . . . . . . . . . . . 271
16.11.2 Nitrogen Oxides Measurements
Using Civil Aircraft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
16.11.3 Uptake of Reactive Nitrogen on Cirrus Clouds . . . . 273
16.12 Conclusions and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
17 Chemical Ionization Mass Spectrometric Measurements
of Atmospheric Trace Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Heinfried Aufmhoff, Dominik Schäuble, Anke Roiger,
Frank Arnold, Tina Jurkat, Christiane Voigt and Hans Schlager
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
17.2 Overview of Present CIMS Techniques at IPA. . . . . . . . . . . 280
17.2.1 Mass Spectrometers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
17.2.2 Ion Flow Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
17.2.3 Calibration Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
17.2.4 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
17.2.5 Platforms for Atmospheric CIMS Measurements. . . 289
17.3 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
18 In Situ Measurement Methods for Atmospheric Aerosol
Particles and Cloud Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Andreas Minikin, Andreas Petzold, Bernadett Weinzierl
and Jean-François Gayet
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
18.2 Aerosol Microphysical In Situ Measurement Techniques . . . . 298
18.3 Challenges of Aircraft Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
18.4 Application of Particle Measurement Methods:
Exemplary IPA Research Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
18.4.1 Ultrafine Particle Observations with
Condensation Particle Counters. . . . . . . . . . . . . . . 307
18.4.2 Determining Size Distributions with
Optical Particle Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
18.4.3 Particle Mixing State: Using Thermal
Fractionation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
18.4.4 Combining Data of Wing Pod Instruments:
Contrail Microphysical Properties . . . . . . . . . . . . . 311
xiv Contents
18.5 Conclusions and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
19 Dropsondes and Radiosondes for Atmospheric Measurements . . . 317
Reinhold Busen
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
19.2 Radiosondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
19.3 Dropsondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
19.4 Scientific Results from Dropsonde Deployments. . . . . . . . . . 325
19.5 Operational Constraints for Dropsondes and Radiosondes . . . 325
19.6 Summary and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
20 Lightning Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
Hartmut Höller, Hans-Dieter Betz, Ullrich Finke
and Kersten Schmidt
20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
20.2 Thunderstorm Electrification and Lightning . . . . . . . . . . . . . 332
20.3 Principles of Lightning Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
20.4 Lightning Characteristics of Mid-Latitude
and Tropical Thunderstorms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
20.5 Nowcasting, Modeling and Forecasting of Lightning. . . . . . . 340
20.6 Lightning Detection From Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
21 Cloud and Precipitation Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
Martin Hagen, Hartmut Höller and Kersten Schmidt
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
21.2 Radar Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
21.2.1 The DLR C-Band Polarization Diversity
Doppler Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
21.2.2 Radar Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
21.2.3 Radar Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
21.3 Radar Observations of Thunderstorms . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
21.3.1 POLDIRAD Observations of A Supercell Storm. . . 356
21.3.2 Multiple-Doppler Observations of a Single
Cell Storm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
21.4 Cloud Radar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
21.5 Summary and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
22 Weather Nowcasting and Short Term Forecasting . . . . . . . . . . . . 363
Arnold Tafferner and Caroline Forster
22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Contents xv
22.2 Nowcasting Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
22.2.1 Conceptual Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
22.2.2 Extrapolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
22.2.3 Numerical Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
22.2.4 Predicting Initiation/Dissipation . . . . . . . . . . . . . . 373
22.3 Integrated Systems for Nowcasting and Short
Term Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
22.4 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
23 Lagrangian Modeling of Transport and Dispersion
of Air Constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Robert Baumann and Hans Schlager
23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
23.2 Transport Model Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
23.3 Model Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
23.3.1 Advection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
23.3.2 Vertical Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
23.3.3 Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
23.3.4 Gravitational Settling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
23.3.5 Removal Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
23.4 Examples of Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
23.4.1 Origin and Transport Pathways of SO2 Detected
in the Lower Stratosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
23.4.2 Fukushima Radioactive Plume over Europe . . . . . . 391
23.4.3 HYSPLIT Simulations for Planning and Analysis
of Lagrangian Tracer Experiments . . . . . . . . . . . . 396
23.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
24 Radiative Transfer: Methods and Applications . . . . . . . . . . . . . . 401
Bernhard Mayer, Claudia Emde, Robert Buras and Arve Kylling
24.1 Radiative Transfer Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
24.2 Cloud Remote Sensing Using Special
Observation Geometries. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
24.3 Monte Carlo Radiative Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
24.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
24.4.1 The Backscatter Glory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
24.4.2 Cloudbow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
25 Ice Cloud Properties From Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Luca Bugliaro, Hermann Mannstein and Stephan Kox
25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
xvi Contents
25.1.1 Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
25.1.2 Satellite Remote Sensing of Clouds. . . . . . . . . . . . 418
25.2 Cloud Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
25.2.1 Physical Properties of Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . 419
25.2.2 Optical Properties of Clouds. . . . . . . . . . . . . . . . . 420
25.2.3 Spectral Properties of Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . 421
25.3 Meteosat Second Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
25.4 Ice Cloud Retrieval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
25.4.1 Ice Cloud Detection: MeCiDA . . . . . . . . . . . . . . . 424
25.4.2 Ice Cloud Optical and Microphysical Properties:
APICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
25.4.3 Synergistic Retrieval: COCS . . . . . . . . . . . . . . . . 427
25.5 Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
25.5.1 Detection Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
25.5.2 Accuracy of Ice Cloud Optical Thickness . . . . . . . 430
25.6 Summary and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
26 Contrail Detection in Satellite Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
Hermann Mannstein, Margarita Vazquez-Navarro, Kaspar Graf,
David P. Duda and Ulrich Schumann
26.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
26.2 Historical Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
26.3 The DLR Contrail Detection Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . 436
26.4 Validation of the Contrail Detection Algorithm CDA . . . . . . 438
26.5 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
26.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
27 Lidar for Aerosol Remote Sensing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
Matthias Wiegner
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
27.2 Lidar Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
27.3 Retrieval of Geometrical Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
27.4 Retrieval of Optical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
27.4.1 Backscatter Lidar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
27.4.2 Raman Lidar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
27.4.3 Polarization Lidar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
27.4.4 Optical Characterization of Aerosols . . . . . . . . . . . 458
27.5 Retrieval of Microphysical Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . 459
27.6 Examples of Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
27.6.1 Closure Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
27.6.2 Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
27.6.3 Lidar in Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
Contents xvii
27.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
28 Measuring Water Vapor with Differential Absorption Lidar . . . . 465
Martin Wirth
28.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
28.2 Basics of the Differential Absorption Lidar Method . . . . . . . 467
28.3 Spectral Characteristics of Water Vapor Absorption . . . . . . . 469
28.4 Examples of Water Vapor DIAL Measurements . . . . . . . . . . 472
28.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
29 Aerosol Classification by Advanced Backscatter
Lidar Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
Silke Groß, Martin Wirth and Michael Esselborn
29.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
29.2 Basics of the High Spectral Resolution Lidar Method . . . . . . 478
29.3 Aerosol Classification Using Lidar Measurements . . . . . . . . 482
29.4 Examples of Airborne HSRL Measurements . . . . . . . . . . . . 483
29.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
30 Wind Lidar for Atmospheric Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
Oliver Reitebuch
30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
30.2 Principle of Wind Lidar Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
30.2.1 The Doppler Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
30.2.2 Spectral Line Shape from Molecular
and Particle Backscatter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
30.3 Wind Lidar Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
30.3.1 Coherent Doppler Wind Lidar . . . . . . . . . . . . . . . 495
30.3.2 Direct-Detection Doppler Wind Lidar . . . . . . . . . . 499
30.4 Selected Results from Recent Airborne Wind Lidar
Observations for Atmospheric Research. . . . . . . . . . . . . . . . 502
30.4.1 Monsoon Observations in West Africa. . . . . . . . . . 502
30.4.2 Targeted Observations in the North Atlantic
with 2-lm Wind Lidar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
30.5 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
31 Tunable Light Sources for Lidar Applications . . . . . . . . . . . . . . . 509
Andreas Fix
31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
xviii Contents
31.2 Basic Principles of Pulsed Optical Parametric Oscillators
and Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
31.3 Optical Parametric Oscillators at 935 nm for Airborne
Differential Absorption Water Vapor Lidar . . . . . . . . . . . . . 516
31.4 Optical Parametric Oscillators in the Ultraviolet Spectral
Range for the Detection of Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
31.5 Infrared Optical Parametric Oscillators and Amplifiers
for the Detection of Greenhouse Gases . . . . . . . . . . . . . . . . 521
31.6 Summary and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
32 Advanced Numerical Modeling of Turbulent
Atmospheric Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
Christian Kühnlein, Andreas Dörnbrack and Thomas Gerz
32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
32.2 Fundamental Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
32.3 Computational Model Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
32.4 Examples for Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
32.4.1 DNS of Turbulent Shear Flows. . . . . . . . . . . . . . . 534
32.4.2 LES of the Convective Boundary Layer. . . . . . . . . 535
32.4.3 LES of Turbulent Flows Through
Heated Canopies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
32.4.4 Adaptive Meshes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
32.5 Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
33 Cloud Resolving Modeling of Contrail Evolution . . . . . . . . . . . . . 543
Simon Unterstrasser, Ingo Sölch and Klaus Gierens
33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
33.2 Temporal Evolution of Contrails. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
33.2.1 Contrail Formation in the Jet Phase. . . . . . . . . . . . 544
33.2.2 Vertical Expansion During the Vortex Phase . . . . . 546
33.2.3 Spreading During the Dispersion Phase . . . . . . . . . 548
33.3 Modeling Contrails and Contrail Cirrus . . . . . . . . . . . . . . . . 550
33.3.1 Why Do We Need Models? . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
33.3.2 Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
33.3.3 Microphysics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
33.3.4 Radiative Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
33.4 Simulations of Contrails and Contrail Cirrus . . . . . . . . . . . . 553
33.4.1 Vortex Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
33.4.2 Dispersion Phase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
33.5 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
Contents xix
34 Global Atmospheric Aerosol Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Johannes Hendricks, Mattia Righi and Valentina Aquila
34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
34.2 Representation of Aerosol in Global Models . . . . . . . . . . . . 563
34.2.1 Aerosol Types and Size Distribution . . . . . . . . . . . 563
34.2.2 Aerosol Life Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
34.3 Simulation of Aerosol Effects on Atmosphere
and Climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
34.4 Model Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
34.5 Examples of Results from Aerosol Model Simulations . . . . . 570
34.5.1 Model Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
34.5.2 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
34.6 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
35 Earth System Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Patrick Jöckel
35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
35.2 Earth System Models: A Construction Guideline . . . . . . . . . 578
35.3 Forcing Terms: Parameterizations and Feedback. . . . . . . . . . 581
35.4 Operator Splitting: The Fundamental Concept of Earth
System Model Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
35.5 Handling Complexity: The Coupling Issue. . . . . . . . . . . . . . 583
35.6 The Modular Earth Submodel System: Towards
a Comprehensive Earth System Model . . . . . . . . . . . . . . . . 585
35.7 The Modular Earth Submodel System: Atmospheric
Chemistry and Beyond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
35.8 Earth System Models: Computational Challenges . . . . . . . . . 588
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
36 Evaluating Climate-Chemistry Response and Mitigation
Options with AirClim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
Volker Grewe and Katrin Dahlmann
36.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
36.2 From an Emission to Global Warming . . . . . . . . . . . . . . . . 593
36.2.1 Emissions of Long-Lived Species:
Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
36.2.2 Short-Term Air Traffic Impacts . . . . . . . . . . . . . . 595
36.3 The Concept of the Climate-Chemistry Response
Model AirClim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
36.4 Verification of the AirClim Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
36.5 Evaluating Mitigation Options for Air Traffic . . . . . . . . . . . 601
xx Contents
36.6 Why Even Large Uncertainties in Atmospheric Processes
Are Not Limiting Application of Climate Optimization
in Aircraft Design? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
36.7 An Example for an Application of AirClim:
Optimizing Supersonic Business Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
36.7.1 Basic Components of Climate Optimization
Systems for Aircraft Design . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
36.7.2 Optimized Aircraft Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
36.8 The Future: Modeling Climate Response
to Traffic Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
Part III Research Trends
37 The Transition From FALCON to HALO Era
Airborne Atmospheric Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
Monika Krautstrunk and Andreas Giez
37.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
37.2 From National to International to Global Operation . . . . . . . 612
37.3 Research Flight Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
37.4 Preparation of HALO Science Missions. . . . . . . . . . . . . . . . 615
37.5 Technical Features of FALCON and HALO. . . . . . . . . . . . . 619
37.6 Major Aircraft Modifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
37.6.1 FALCON’s major modifications: . . . . . . . . . . . . . 619
37.6.2 HALO’s major modifications . . . . . . . . . . . . . . . . 619
38 The Eyjafjalla Eruption in 2010 and the Volcanic
Impact on Aviation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
Bernadett Weinzierl, Thomas Sailer, Daniel Sauer, Andreas Minikin,
Oliver Reitebuch, Bernhard Mayer and Ulrich Schumann
38.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
38.2 Disturbance of Air Traffic by Particle Emissions . . . . . . . . . 626
38.3 The Eyjafjalla Eruption in 2010 and Volcanic
Ash Measurements by DLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
38.4 Is There a Volcanic ‘‘Ash Cloud’’? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
38.5 Is it Possible to Visually Detect Volcanic Ash and Distinguish
it from Other Aerosols? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634
38.6 How Often Were Dangerous Ash Concentrations Levels
Reached Over Germany Based on the Newly Accepted
Threshold Values for Safe Aviation?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
38.7 The Eyjafjalla Eruption in 2010:
Was it an Unusual Event? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
38.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Contents xxi
39 Mitigating the Impact of Adverse Weather on Aviation . . . . . . . . 645
Thomas Gerz, Caroline Forster and Arnold Tafferner
39.1 Weather Impacts the Safety, Efficiency, and Sustainability
of Aviation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
39.2 Weather and Air Traffic Management . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
39.3 Weather and Aircraft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
39.4 Integrated Observing and Forecasting System. . . . . . . . . . . . 649
39.5 Enhancing Situational Awareness of Thunderstorms
for Flight Crews on Board Aircraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
39.6 Informing Air Navigation Services and Airport Authorities
on Thunderstorms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
39.7 Warning Aviation Stakeholders of Winter
Weather Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
39.8 Conclusion and Next Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
40 Probabilistic Weather Forecasting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
George C. Craig
40.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
40.1.1 Improvements in Weather Forecasting . . . . . . . . . . 661
40.1.2 Theoretical Limits: Chaos and Scale Interaction . . . 663
40.1.3 Sources of Longer-Range Predictability . . . . . . . . . 664
40.2 Representing Uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
40.2.1 Ensemble Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
40.2.2 Sampling Sources of Uncertainty . . . . . . . . . . . . . 666
40.2.3 Probabilistic Forecasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668
40.3 Verification and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
40.3.1 What Makes a Good Probabilistic Forecast?. . . . . . 670
40.3.2 What Makes a Useful Probabilistic Forecast? . . . . . 671
40.4 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673
41 Aircraft Emissions at Cruise and Plume Processes. . . . . . . . . . . . 675
Christiane Voigt, Tina Jurkat, Hans Schlager, Dominik Schäuble,
Andreas Petzold and Ulrich Schumann
41.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
41.2 Aircraft Wake Dynamics and Dilution. . . . . . . . . . . . . . . . . 678
41.3 Chemical Processing of Aircraft NOx Emissions. . . . . . . . . . 680
41.4 Sulfur Emission, Conversion and Aerosol Formation. . . . . . . 682
41.5 Soot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684
41.6 Contrail Formation, Evolution and Detection . . . . . . . . . . . . 685
41.7 Moving Forward . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
xxii Contents
42 Cirrus Clouds and Their Representation in Models . . . . . . . . . . . 693
Ulrike Burkhardt and Ingo Sölch
42.1 Physics of Cirrus Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
42.2 Modeling of Cirrus: Bridging the Scale Gap . . . . . . . . . . . . 696
42.3 LES Modeling of Cirrus Clouds at the Institute
of Atmospheric Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
42.4 Cirrus Modeling in Climate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700
42.5 Global Modeling of Contrail Cirrus at the Institute
of Atmospheric Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704
42.6 Conclusions and Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708
43 Climate Impact of Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711
Robert Sausen, Klaus Gierens, Veronika Eyring, Johannes Hendricks
and Mattia Righi
43.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712
43.2 Transport Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714
43.3 Impact on Atmospheric Ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715
43.4 Impact on Aerosol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
43.5 Impact on Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
43.6 Radiative Forcing and Other Metrics of Climate Change . . . . 720
43.7 Conclusions and a Perspective for the Future . . . . . . . . . . . . 723
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724
44 Climate Optimized Air Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
Sigrun Matthes, Ulrich Schumann, Volker Grewe,
Christine Frömming, Katrin Dahlmann, Alexander Koch
and Hermann Mannstein
44.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728
44.2 Climate Optimized Routing: Principles . . . . . . . . . . . . . . . . 729
44.3 Mitigation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
44.3.1 Minimizing CO2 Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
44.3.2 Minimizing Aviation NOx Climate Impact . . . . . . . 732
44.3.3 Minimizing Aviation Water Vapor
Climate Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732
44.3.4 Minimizing Contrail Climate Impact . . . . . . . . . . . 733
44.4 Mitigation Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
44.4.1 Climatological Approach for Air Transport
System Climate Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . 735
44.4.2 Flight Route Optimization for Minimum Contrail
and Fuel Climate Impact (UFO and CoCiP) . . . . . . 737
44.4.3 Flight Route and Aircraft Design Optimization
for Minimum Weather-Dependent Climate
Impact (REACT4C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 740
Contents xxiii
44.4.4 Comparison of Optimization Objectives. . . . . . . . . 742
44.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744
45 Recent and Future Evolution of the Stratospheric
Ozone Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747
Martin Dameris and Diego Loyola
45.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747
45.2 The Chemistry of Stratospheric Ozone . . . . . . . . . . . . . . . . 749
45.3 Stratospheric Circulation and Ozone Transport . . . . . . . . . . . 753
45.4 Recent Changes in the Amount of Stratospheric Ozone . . . . . 754
45.5 Future Ozone Developments and Consequences . . . . . . . . . . 757
45.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 760
46 How Good are Chemistry-Climate Models?. . . . . . . . . . . . . . . . . 763
Veronika Eyring, Pierre Friedlingstein, Heidi Huntrieser,
Theodore G. Shepherd and Darryn W. Waugh
46.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
46.2 Key Processes in the Stratosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
46.2.1 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
46.2.2 Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
46.2.3 Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767
46.2.4 Chemistry and Microphysics. . . . . . . . . . . . . . . . . 767
46.3 Concept for Process-Oriented Model Evaluation . . . . . . . . . . 767
46.4 Assessment of Chemistry-Climate Models . . . . . . . . . . . . . . 769
46.5 Earth System Model Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772
46.6 The Role of Observations in Model Evaluation . . . . . . . . . . 774
46.7 Summary and Outlook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 776
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778
47 Methane Modeling: From Process Modeling to Global
Climate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781
Andrea Stenke, Rudolf Deckert and Klaus-Dirk Gottschaldt
47.1 Introduction to Atmospheric Methane . . . . . . . . . . . . . . . . . 781
47.2 Modeling: From Process-Oriented Models to Global
Climate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789
47.3 Global Modeling and Interpretation of Satellite Data. . . . . . . 793
47.4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795
48 Towards a Greenhouse Gas Lidar in Space . . . . . . . . . . . . . . . . . 799
Gerhard Ehret, Axel Amediek and Mathieu Quatrevalet
48.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 800
48.2 The Integral-Path Differential Absorption Lidar Principle . . . 801
xxiv Contents
48.3 The Helicopter-Based Methane Leak Detection
System CHARM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805
48.4 Ground-Based IPDA Measurement of Atmospheric
Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806
48.5 DLR’s Airborne Lidar System for Carbon Dioxide
and Methane Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
48.6 Space-Borne Observation of Atmospheric Methane
by the MERLIN Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809
48.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812
49 The Spaceborne Wind Lidar Mission ADM-Aeolus . . . . . . . . . . . 815
Oliver Reitebuch
49.1 Importance of Wind Observations and Aeolus
Mission Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
49.2 Aeolus Mission and ALADIN Instrument . . . . . . . . . . . . . . 819
49.3 Pre-launch Validation with an Airborne Demonstrator
by DLR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826
50 Cloud-Aerosol-Radiation Interaction: Towards the Earth
CARE Satellite Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
Bernhard Mayer, Robert Buras, Gerhard Ehret, Martin Hagen,
Andreas Petzold and Bernadett Weinzierl
50.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
50.2 Past and Future Airborne Campaigns . . . . . . . . . . . . . . . . . 832
50.2.1 Airborne Demonstrators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832
50.2.2 Field Campaigns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834
50.2.3 Future Demonstration and Validation
with HALO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835
50.3 End-to-End Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 836
50.3.1 Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 837
50.3.2 MSI Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 837
50.3.3 ATLID Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838
50.4 Post-EarthCARE Mission Development . . . . . . . . . . . . . . . . 839
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
51 Roots, Foundation, and Achievements of the
‘‘Institut für Physik der Atmosphäre’’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843
Hans Volkert and Dania Achermann
51.1 Institutional Roots of Atmospheric Physics in Germany . . . . 843
51.2 Purpose and Tasks of an Aerological Observatory Called
‘‘Institut für Physik der Atmosphäre’’ . . . . . . . . . . . . . . . . . 845
51.3 Self-Determined Versus Programmatic Research Funding . . . 847
Contents xxv
51.4 Experimental and Simulation Achievements Over
Five Decades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850
51.4.1 The First Decade: Consolidation and Move
to Oberpfaffenhofen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850
51.4.2 The Second Decade: Experiment and Simulation
Guided by Two Directors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852
51.4.3 The Third Decade: Expertise Expanding
to Microscale and Global Extent . . . . . . . . . . . . . . 853
51.4.4 The Fourth Decade: Fundamental Research
Closely Tied to Practical Applications . . . . . . . . . . 854
51.4.5 The Fifth Decade: Widespread Recognition
as Attractive Research Partner and Employer . . . . . 856
51.5 Trends and Outlook Towards 2022 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857
51.6 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 859
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 859
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 861
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865


那是最美好的时代,那是最糟糕的时代;那是智慧的年头,那是愚昧的年头;那是信仰的时期,那是怀疑的时期;那是光明的季节,那是黑暗的季节;那是希望的春天,那是失望的冬天;我们拥有一切,我们一无所有; 我们全都在直奔天堂,我们全都在直奔相反的方向------简而言之,那时跟现在非常相象,某些最喧嚣的权威坚持要用形容词的最高级来形容它。说它好,是最高级的;说它不好,也是最高级的。
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fxhopexi
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发布于:2013-03-07 18:54
The Future of the World's Climate
姝ゅ笘鍞环 10 金钱,宸叉湁 7 浜鸿喘涔 [璁板綍] [璐拱]
姝ゆ涓哄嚭鍞殑鍐呭锛岃喘涔板悗鏄剧ず
[fxhopexi于2016-05-27 15:21编辑了帖子]
那是最美好的时代,那是最糟糕的时代;那是智慧的年头,那是愚昧的年头;那是信仰的时期,那是怀疑的时期;那是光明的季节,那是黑暗的季节;那是希望的春天,那是失望的冬天;我们拥有一切,我们一无所有; 我们全都在直奔天堂,我们全都在直奔相反的方向------简而言之,那时跟现在非常相象,某些最喧嚣的权威坚持要用形容词的最高级来形容它。说它好,是最高级的;说它不好,也是最高级的。
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fxhopexi
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发布于:2013-03-07 18:59
姝ゅ笘鍞环 10 金钱,宸叉湁 8 浜鸿喘涔 [璁板綍] [璐拱]
姝ゆ涓哄嚭鍞殑鍐呭锛岃喘涔板悗鏄剧ず
那是最美好的时代,那是最糟糕的时代;那是智慧的年头,那是愚昧的年头;那是信仰的时期,那是怀疑的时期;那是光明的季节,那是黑暗的季节;那是希望的春天,那是失望的冬天;我们拥有一切,我们一无所有; 我们全都在直奔天堂,我们全都在直奔相反的方向------简而言之,那时跟现在非常相象,某些最喧嚣的权威坚持要用形容词的最高级来形容它。说它好,是最高级的;说它不好,也是最高级的。
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臭豆腐518
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发布于:2013-03-07 19:43
呃,英文?买下看看,反正不关积分
2015年榆次实现了入盛夏(7月26日,不过正好5天),而且8月1-3号降水超8月平均,目前109.6mm。可是萎靡的太原气象站。。。 本人每年入春入夏时期才会上线……另外这id是我老早以前乱打的。。。。。。。
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dashazi
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发布于:2013-04-08 22:50
买了两帖,但是还是看不见
难道还要等一会
------------------------------------------------
回复后刷新就看见了
终于又能进版了…………
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oswaldcui
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发布于:2013-05-04 22:03
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杰拉华007
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发布于:2013-05-05 00:50
手机还没办法买...不知道有没有翻译过,英语好差呢
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test7799
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发布于:2013-05-13 14:06
好书啊!
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贝碧嘉
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9楼#
发布于:2013-05-14 12:03
我是来看图的
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