Klimavariabilität der Tropo- und Stratosphäre in einem globalen gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell mit vereinfachter stratosphärischer Chemie

Tropo- and stratospheric climate variability in a global coupled atmosphere-ocean-model with simplified stratospheric chemistry

  • In dieser Arbeit wurde die Variabilität der Atmosphäre in einem neuen gekoppelten Klimamodell (ECHO-GiSP) untersucht, welches eine vereinfachte Stratosphärenchemie (bis 80 km Höhe) enthält. Es wurden 2 Simulationen über 150 Jahre durchgeführt. In einer der Simulationen wurde die atmosphärische Chemie modelliert, hatte aber keinen Einfluß auf die Dynamik des Klimamodelles. In der zweiten Simulation wurde hingegen die Wirkung der Chemie auf die Klimadynamik explizit berücksichtigt, die über die Strahlungsbilanz des Modelles erfolgt. Dies ist die erste Langzeitsimulation mit einem voll gekoppelten globalen Klimamodell mit interaktiver Chemie. Die Simulation mit rückgekoppelter Chemie zeigt eine Abschwächung des atmosphärischen Variabilitätsmusters der Arktischen Oszillation (AO). Zudem kommt es in der Troposphäre zu einer Reduzierung der mittleren Windgeschwindigkeiten der gemäßigten Breiten aufgrund verringerter Temperaturgegensätze zwischen den Tropen und den Polargebieten. Auch in der Stratosphäre ergibt sich eine Abschwächung undIn dieser Arbeit wurde die Variabilität der Atmosphäre in einem neuen gekoppelten Klimamodell (ECHO-GiSP) untersucht, welches eine vereinfachte Stratosphärenchemie (bis 80 km Höhe) enthält. Es wurden 2 Simulationen über 150 Jahre durchgeführt. In einer der Simulationen wurde die atmosphärische Chemie modelliert, hatte aber keinen Einfluß auf die Dynamik des Klimamodelles. In der zweiten Simulation wurde hingegen die Wirkung der Chemie auf die Klimadynamik explizit berücksichtigt, die über die Strahlungsbilanz des Modelles erfolgt. Dies ist die erste Langzeitsimulation mit einem voll gekoppelten globalen Klimamodell mit interaktiver Chemie. Die Simulation mit rückgekoppelter Chemie zeigt eine Abschwächung des atmosphärischen Variabilitätsmusters der Arktischen Oszillation (AO). Zudem kommt es in der Troposphäre zu einer Reduzierung der mittleren Windgeschwindigkeiten der gemäßigten Breiten aufgrund verringerter Temperaturgegensätze zwischen den Tropen und den Polargebieten. Auch in der Stratosphäre ergibt sich eine Abschwächung und Erwärmung des Polarwirbels. Diese Auswirkungen der Kopplung zwischen der atmosphärischen Chemie und der Dynamik des Klimamodelles sind eine wichtige Erkenntnis, da in früheren Klimasimulationen die Variabilität der AO oft zu stark ausgeprägt war. In der Stratosphäre reduziert sich infolge des abgeschwächten Polarwirbels auch die großräumige Zirkulation zwischen den beiden Hemisphären der Erde. In der Troposphäre werden hingegen die allgemeine Zirkulation, und damit auch die subtropischen Strahlströme des Windes verstärkt. Zudem kommt es in den Tropen zu Temperaturänderungen durch stratosphärische Ozonschwankungen in Abhängigkeit von der AO. Allgemein verändert sich die Kopplung zwischen Troposphäre und Stratosphäre, einschließlich des durch die Anregung von langen atmosphärischen Wellen erfolgenden vertikalen Energieübertrages aus der Troposphäre in die Stratosphäre.show moreshow less
  • In this work the atmospheric variability in a new coupled climate model (ECHO-GiSP) was analyzed, which includes a simplified stratospheric chemistry (up to 80 km height). Two simulations of 150 years were performed. In one of those simulations the atmospheric chemistry was modeled without having any influence back on the model dynamics. In the second simulation the impact of the chemistry on climate dynamics, taking place via the models radiation balance, was explicitly recognized. This is the first long term simulation using a fully coupled global climate model with interactive chemistry. The simulation with interactive chemistry shows a weakening of the Arctic Oscillation (AO) pattern of atmospheric variability. At the same time there is a reduction of the mean wind speeds in middle latitudes in the troposphere, which is caused by weaker temperature gradients between the tropics and the polar regions. Also, in the stratosphere a weakening and warming of the polar vortex is obvious. These effects of the coupling between atmosphericIn this work the atmospheric variability in a new coupled climate model (ECHO-GiSP) was analyzed, which includes a simplified stratospheric chemistry (up to 80 km height). Two simulations of 150 years were performed. In one of those simulations the atmospheric chemistry was modeled without having any influence back on the model dynamics. In the second simulation the impact of the chemistry on climate dynamics, taking place via the models radiation balance, was explicitly recognized. This is the first long term simulation using a fully coupled global climate model with interactive chemistry. The simulation with interactive chemistry shows a weakening of the Arctic Oscillation (AO) pattern of atmospheric variability. At the same time there is a reduction of the mean wind speeds in middle latitudes in the troposphere, which is caused by weaker temperature gradients between the tropics and the polar regions. Also, in the stratosphere a weakening and warming of the polar vortex is obvious. These effects of the coupling between atmospheric chemistry and the dynamics of the climate model are an important result, since in earlier climate simulations the variability of the AO often was overestimated. Due to the weakened polar vortex in the stratosphere also the large scale interhemispheric mean circulation is reduced. On the other hand, the tropospheric meridional mean circulation, and thus also the subtropical jetstreams of the zonal wind are enhanced. Furthermore there are tropical temperature variations in the troposphere and lower stratosphere, which are induced by stratospheric ozone variations associated to the phase of the AO. Generally, the coupling between tropo- and stratosphere is changed, which includes the vertical energy and momentum transfer by ascending planetary waves from the troposphere to the stratosphere.show moreshow less

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Metadaten
Author details:Sascha Brand
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus-16602
Supervisor(s):Klaus Dethloff
Publication type:Doctoral Thesis
Language:German
Publication year:2007
Publishing institution:Universität Potsdam
Granting institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2008/02/08
Release date:2008/03/07
Tag:Allgemeine Zirkulation; Arktische Oszillation; Klimamodell; Stratosphärenchemie
Arctic Oscillation; climate model; general circulation; stratospheric chemistry
RVK - Regensburg classification:UT 1080
RVK - Regensburg classification:RB 10426
RVK - Regensburg classification:TI 02600
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
DDC classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
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