Dietmüller, Simone and Eichinger, Roland and Garny, Hella and Birner, Thomas and Boenisch, Harald and Pitari, Giovanni and Mancini, Eva and Visioni, Daniele and Stenke, Andrea and Revell, Laura and Rozanov, Eugene and Plummer, David A. and Scinocca, John and Jöckel, Patrick and Oman, Luke and Deushi, Makoto and Kiyotaka, Shibata and Kinnison, Douglas E. and Garcia, Rolando R. and Morgenstern, Olaf and Zeng, Guang and Stone, Kane Adam and Schofield, Robyn (2018) Quantifying the effect of mixing on the mean age of air in CCMVal-2 and CCMI-1 models. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 18 (9), pp. 6699-6720. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-18-6699-2018. ISSN 1680-7316.
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Official URL: https://www.atmos-chem-phys.net/18/6699/2018/
Abstract
he stratospheric age of air (AoA) is a useful measure of the overall capabilities of a general circulation model (GCM) to simulate stratospheric transport. Previous studies have reported a large spread in the simulation of AoA by GCMs and coupled chemistry–climate models (CCMs). Compared to observational estimates, simulated AoA is mostly too low. Here we attempt to untangle the processes that lead to the AoA differences between the models and between models and observations. AoA is influenced by both mean transport by the residual circulation and two-way mixing; we quantify the effects of these processes using data from the CCM inter-comparison projects CCMVal-2 (Chemistry–Climate Model Validation Activity 2) and CCMI-1 (Chemistry–Climate Model Initiative, phase 1). Transport along the residual circulation is measured by the residual circulation transit time (RCTT). We interpret the difference between AoA and RCTT as additional aging by mixing. Aging by mixing thus includes mixing on both the resolved and subgrid scale. We find that the spread in AoA between the models is primarily caused by differences in the effects of mixing and only to some extent by differences in residual circulation strength. These effects are quantified by the mixing efficiency, a measure of the relative increase in AoA by mixing. The mixing efficiency varies strongly between the models from 0.24 to 1.02. We show that the mixing efficiency is not only controlled by horizontal mixing, but by vertical mixing and vertical diffusion as well. Possible causes for the differences in the models' mixing efficiencies are discussed. Differences in subgrid-scale mixing (including differences in advection schemes and model resolutions) likely contribute to the differences in mixing efficiency. However, differences in the relative contribution of resolved versus parameterized wave forcing do not appear to be related to differences in mixing efficiency or AoA.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/119969/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Quantifying the effect of mixing on the mean age of air in CCMVal-2 and CCMI-1 models | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 14 May 2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Atmospheric Chemistry and Physics (ACP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.5194/acp-18-6699-2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | pp. 6699-6720 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Editors: |
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Publisher: | Copernicus Publications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1680-7316 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | stratospheric transport, age of air, model inter-comparison | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Atmospheric and climate research | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Atmospheric Physics > Earth System Modelling | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Dietmüller, Simone | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 22 May 2018 09:33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 02 Nov 2023 10:23 |
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