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Tropospheric ozone in CCMI models and Gaussian process emulation to understand biases in the SOCOLv3 chemistry--climate model

Revell, Laura E. und Stenke, Andrea und Tummon, Fiona und Feinberg, Aryeh und Rozanov, Eugene und Peter, Thomas und Abraham, N. Luke und Akiyoshi, Hideharu und Archibald, Alexander T. und Butchart, Neil und Deushi, Makoto und Jöckel, Patrick und Kinnison, Douglas und Michou, Martine und Morgenstern, Olaf und O'Connor, Fiona M. und Oman, Luke D. und Pitari, Giovanni und Plummer, David A. und Schofield, Robyn und Stone, Kane und Tilmes, Simone und Visioni, Daniele und Yamashita, Yousuke und Zeng, Guang (2018) Tropospheric ozone in CCMI models and Gaussian process emulation to understand biases in the SOCOLv3 chemistry--climate model. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 18 (21), Seiten 16155-16172. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-18-16155-2018. ISSN 1680-7316.

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Offizielle URL: https://www.atmos-chem-phys.net/18/16155/2018/

Kurzfassung

Previous multi-model intercomparisons have shown that chemistry–climate models exhibit significant biases in tropospheric ozone compared with observations. We investigate annual-mean tropospheric column ozone in 15 models participating in the SPARC–IGAC (Stratosphere–troposphere Processes And their Role in Climate–International Global Atmospheric Chemistry) Chemistry-Climate Model Initiative (CCMI). These models exhibit a positive bias, on average, of up to 40%–50% in the Northern Hemisphere compared with observations derived from the Ozone Monitoring Instrument and Microwave Limb Sounder (OMI/MLS), and a negative bias of up to  ∼ 30% in the Southern Hemisphere. SOCOLv3.0 (version 3 of the Solar-Climate Ozone Links CCM), which participated in CCMI, simulates global-mean tropospheric ozone columns of 40.2DU – approximately 33% larger than the CCMI multi-model mean. Here we introduce an updated version of SOCOLv3.0, "SOCOLv3.1", which includes an improved treatment of ozone sink processes, and results in a reduction in the tropospheric column ozone bias of up to 8DU, mostly due to the inclusion of N2O5 hydrolysis on tropospheric aerosols. As a result of these developments, tropospheric column ozone amounts simulated by SOCOLv3.1 are comparable with several other CCMI models. We apply Gaussian process emulation and sensitivity analysis to understand the remaining ozone bias in SOCOLv3.1. This shows that ozone precursors (nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide, methane and other volatile organic compounds, VOCs) are responsible for more than 90% of the variance in tropospheric ozone. However, it may not be the emissions inventories themselves that result in the bias, but how the emissions are handled in SOCOLv3.1, and we discuss this in the wider context of the other CCMI models. Given that the emissions data set to be used for phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project includes approximately 20% more NOx than the data set used for CCMI, further work is urgently needed to address the challenges of simulating sub-grid processes of importance to tropospheric ozone in the current generation of chemistry–climate models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/123135/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Tropospheric ozone in CCMI models and Gaussian process emulation to understand biases in the SOCOLv3 chemistry--climate model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Revell, Laura E.Univ. Canterbury, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stenke, AndreaETH, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tummon, FionaETH, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Feinberg, AryehETH, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rozanov, EugenePMOD, Davos, SchweizNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Peter, ThomasETH, Zürich, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abraham, N. LukeUniv. of Cambridge, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Akiyoshi, HideharuNIES, Tsukuba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Archibald, Alexander T.Cambridge Univ., UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butchart, NeilMet Office, Exeter, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deushi, MakotoMeteorological Research Inst., Tsukuba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jöckel, PatrickDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8964-1394NICHT SPEZIFIZIERT
Kinnison, DouglasNCAR Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michou, MartineMétéo‐France, Toulouse, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morgenstern, OlafNIWA, Wellington, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
O'Connor, Fiona M.Met Office, Exeter, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oman, Luke D.NASA Goddard, Green Belt, MD, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitari, GiovanniUniv. Aquila, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plummer, David A.Environment Canada, Toronto, KanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schofield, RobynUniv. Melbourne, AustralienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stone, KaneUniv. Melbourne, AustralienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tilmes, SimoneUniv. Aquila, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Visioni, DanieleUniv. Aquila, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yamashita, YousukeNIES, Tsukuba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zeng, GuangNIWA, Wellington, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 November 2018
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.5194/acp-18-16155-2018
Seitenbereich:Seiten 16155-16172
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:EMAC, CCMI, ESCiMo, Chemistry Climate Modelling, tropospheric ozone, SOCOL
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung, R - Projekt Klimarelevanz von atmosphärischen Spurengasen, Aerosolen und Wolken
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Hinterlegt von: Jöckel, Dr. Patrick
Hinterlegt am:19 Nov 2018 12:33
Letzte Änderung:02 Mai 2019 13:59

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