Original paper

The evolution of contrail microphysics in the vortex phase

Unterstrasser, Simon; Gierens, Klaus; Spichtinger, Peter

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 2 (2008), p. 145 - 156

published: Apr 28, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0273

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Abstract

We investigate the evolution of contrails during the vortex phase using numerical simulations. Emphasis is placed on microphysical properties and on the vertical distribution of ice mass and number concentration at the end of the vortex phase. Instead of using a 3D model which would be preferable but computationally too costly, we use a 2D model equipped with a special tool for controlling vortex decay. We conduct a great number of sensitivity studies for one aircraft type. It turns out that atmospheric parameters, namely supersaturation, temperature, stability and turbulence level have the biggest impact on the number of ice crystals and on the ice mass that survives until vortex breakup and that therefore makes up the persistent contrail in supersaturated air. The initial ice crystal number density and its distribution in the vortex, are of minor importance.

Kurzfassung

Die Entwicklung von Kondensstreifen während der Wirbelphase wird mit Hilfe numerischer Simulationen studiert. Besonderes Augenmerk wird auf mikrophysikalische Eigenschaften und die vertikale Verteilung des Eises (Masse and Anzahlkonzentration) am Ende der Wirbelphase gelegt. Anstelle eines 3D-Modells, was wünschenswert, aber zu rechenzeitintensiv wäre, verwenden wir ein 2D-Modell, das mit einem Spezial-werkzeug zum Steuern des Wirbelzerfalls ausgerüstet wird. Damit kann eine große Anzahl von Sensitivitätsstudien für einen festgelegten Flugzeugtyp durchgeführt werden. Es stellt sich heraus, dass atmosphärische Parameter, nämlich Übersättigung, Temperatur, Stabilität und Turbulenzniveau den größten Einfluss auf Anzahldichte und Massenkonzentration der Eiskristalle haben, die bis zum Wirbelzerfall überleben und die folglich den persistenten Kondensstreifen in übersättigter Luft bilden. Die anfängliche Anzahl der Eiskristalle und deren Verteilung in den Wirbeln sind hingegen von untergeordneter Bedeutung.