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The influence of mixing on the stratospheric age of air changes in the 21st century

Eichinger, Roland und Dietmüller, Simone und Garny, Hella und Sacha, Petr und Birner, Thomas und Bönisch, Harald und Pitari, Giovanni und Visioni, Daniele und Stenke, Andrea und Rozanov, Eugene und Revell, Laura und Plummer, David und Jöckel, Patrick und Oman, Luke und Deushi, Makoto und Kinnison, Douglas und Garcia, Rolando und Morgenstern, Olaf und Zeng, Guang und Stone, Kane und Schofield, Robyn (2019) The influence of mixing on the stratospheric age of air changes in the 21st century. Atmospheric Chemistry and Physics, 19, Seiten 921-940. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-19-921-2019. ISSN 1680-7316.

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Offizielle URL: https://www.atmos-chem-phys.net/19/921/2019/

Kurzfassung

Climate models consistently predict an acceleration of the Brewer-Dobson circulation (BDC) due to climate change in the 21st century. However, the strength of this acceleration varies considerably among individual models, which constitutes a notable source of uncertainty for future climate projections. To shed more light upon the magnitude of this uncertainty and on its causes, we analyse the stratospheric mean age of air (AoA) of 10 climate projection simulations from the Chemistry-Climate Model Initiative phase 1 (CCMI-I), covering the period between 1960 and 2100. In agreement with previous multi-model studies, we find a large model spread in the magnitude of the AoA trend over the simulation period. Differences between future and past AoA are found to be predominantly due to differences in mixing (reduced aging by mixing and recirculation) rather than differences in residual mean transport. We furthermore analyse the mixing efficiency, a measure of the relative strength of mixing for given residual mean transport, which was previously hypothesised to be a model constant. Here, the mixing efficiency is found to vary not only across models, but also over time in all models. Changes in mixing efficiency are shown to be closely related to changes in AoA and quantified to roughly contribute 10 % to the long-term AoA decrease over the 21st century. Additionally, mixing efficiency variations are shown to considerably enhance model spread in AoA changes. To understand these mixing efficiency variations, we also present a consistent dynamical framework based on diffusive closure, which highlights the role of basic state potential vorticity gradients in controlling mixing efficiency and therefore aging by mixing.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/126503/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The influence of mixing on the stratospheric age of air changes in the 21st century
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Eichinger, RolandDLR, IPA und MIM, Univ. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dietmüller, SimoneDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garny, HellaDLR, IPA und MIM, Univ. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sacha, PetrUniv. Prag, Tschechische RepublikNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Birner, ThomasMIM, Univ. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bönisch, HaraldKIT KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitari, GiovanniUniv. Acquila, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Visioni, DanieleUniv. Acquila, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stenke, AndreaETH Zürich, SchweizNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rozanov, EugeneETH Zürich und PMOD, Davos, SchweizNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Revell, LauraUniv. Canterbury, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plummer, DavidECCC, Montréal, KanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jöckel, PatrickDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oman, LukeECCC, Montréal, KanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deushi, MakotoMRI, Tsukuba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kinnison, DouglasNCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia, RolandoNCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morgenstern, OlafNIWA, Wellington, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zeng, GuangNIWA, Wellington, NeuseelandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stone, KaneUniv. Melbourne, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schofield, RobynUniv. Melbourne, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2019
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:19
DOI:10.5194/acp-19-921-2019
Seitenbereich:Seiten 921-940
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Stratosphere, Age of air, mixing, CCMI, climate projection, simulation, model
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 - Mittlere Atmosphäre, R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Hinterlegt von: Eichinger, Roland
Hinterlegt am:15 Feb 2019 17:53
Letzte Änderung:03 Nov 2023 10:05

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