Aircraft induced effects on Arctic polar stratospheric cloud formation

Abstract

Stratospheric chemical transport models (CTM) have been used to calculate perturbations in HNO3 and H2O due to stratospheric supersonic aircraft emissions of nitrogen oxides and water vapour. The perturbations were used as input to a detailed microphysical model to study the effects on Arctic polar stratospheric cloud (PSC) formation. Actual winter 1989/90 temperature histories from domain filling trajectories were used to calculate PSC particle types and surface areas, allowing the inherent temperature hysteresis in the life cycles of different PSC particle types to be taken into account. Increased concentrations of water vapour, caused by stratospheric aircraft emissions, imply higher freezing temperatures for ice in supercooled ternary solution liquid type PSC particles, required for the formation of solid type PSCs. A potential exists that the enhanced H2O concentrations may lead to more solid type PSC formation and thereby more widespread denitrification. Chemische Transportmodelle in der Stratosphäre wurden zur Berechnung der Störungen bei HNO3 und H2O durch Stickoxid- und Wasserdampf-Emissionen von stratosphärischen Überschallflugzeugen eingesetzt. Die Störungen wurden als Eingangsgrößen eines detailreichen mikrophysikalischen Modells verwendet, um die Auswirkungen auf die Bildung arktischer Stratosphärenwolken zu untersuchen. WintertemperaturEntwicklungen (1989/90) aus Trajektorien des gesamten Polarbereichs wurden zur Berechnung der Wolken-Partikeltypen und-oberflächen verwendet. Damit konnte die inhärente Temperaturhysterese im Lebenszyklus verschiedener Wolken-Partikeltypen mit einbezogen werden. Aus zunehmenden Konzentrationen des Wasserdampfs, wie er durch die stratosphärische Emission der Flugzeuge hervorgerufen wird, folgt, dass die Gefriertemperatur für Eis in unterkühlter ternärer wässriger Lösung, wie sie zur Bildung von Wolken aus festen Bestandteilen notwendig ist, höher ist. Potentiell kann die verstärkte H2O-Konzentration zur Bildung von mehr polaren stratosphärischen Wolken des festen Typs und damit zu stärker verbreiteter Denitrifikation führen.