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The Brewer–Dobson circulation in CMIP6

Abalos, Marta und Calvo, Natalia und Benito-Barca, Samuel und Garny, Hella und Hardiman, Steven C. und Lin, Pu und Andrews, Martin und Butchart, Neal und Garcia, Rolando und Orbe, Clara und Saint-Martin, David und Watanbe, Shingo und Yoshida, Kohei (2021) The Brewer–Dobson circulation in CMIP6. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), Seiten 13571-13591. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-21-13571-2021. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.5194/acp-21-13571-2021

Kurzfassung

The Brewer–Dobson circulation (BDC) is a key feature of the stratosphere that models need to accurately represent in order to simulate surface climate variability and change adequately. For the first time, the Climate Model Intercomparison Project includes in its phase 6 (CMIP6) a set of diagnostics that allow for careful evaluation of the BDC. Here, the BDC is evaluated against observations and reanalyses using historical simulations. CMIP6 results confirm the well-known inconsistency in the sign of BDC trends between observations and models in the middle and upper stratosphere. Nevertheless, the large uncertainty in the observational trend estimates opens the door to compatibility. In particular, when accounting for the limited sampling of the observations, model and observational trend error bars overlap in 40 % of the simulations with available output. The increasing CO2 simulations feature an acceleration of the BDC but reveal a large spread in the middle-to-upper stratospheric trends, possibly related to the parameterized gravity wave forcing. The very close connection between the shallow branch of the residual circulation and surface temperature is highlighted, which is absent in the deep branch. The trends in mean age of air are shown to be more robust throughout the stratosphere than those in the residual circulation. 1 Introduction The Brewer–Dobson circulation (BDC) describes the net transport of mass, heat and tracers in the stratosphere and therefore plays a primary role in its chemical composition and radiative transfer properties (Butchart, 2014). In particular, the strength of the BDC controls key features such as the rate of stratospheric ozone recovery (Karpechko et al., 2018), the stratosphere-to-troposphere exchange of ozone (e.g., Albers et al., 2018) and the amount of water vapor entering the stratosphere (Randel and Park, 2019). The BDC is also fundamentally connected with the thermal structure of the stratosphere and in particular the static stability around the tropopause (Birner, 2010), a key radiative forcing region that also influences deep convection (e.g., Emanuel et al., 2013). Therefore, realistically representing the BDC strength and its variability is a key target for climate models. The BDC is commonly separated into two components: the residual circulation, which is the mean meridional mass circulation approximating the zonal-mean Lagrangian transport, and two-way mixing, which is the irreversible tracer transport caused by stirring of air masses following wave dissipation (Plumb, 2002). The residual circulation in turn is typically divided into the shallow and deep branches, with th

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/190896/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The Brewer–Dobson circulation in CMIP6
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Abalos, MartaUCM, MadridNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Calvo, NataliaComplutense Univ., Madrid, SpanienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Benito-Barca, SamuelComplutense Univ., Madrid, SpanienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garny, HellaDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hardiman, Steven C.Met Office, Exeter, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lin, PuNOAA, Princton, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Andrews, MartinMet Office Hadley Centre, Exeter, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butchart, NealMet Office Climate Research Division, Exeter, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia, RolandoNCAR Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Orbe, ClaraNASA Goddard Institute for Space Studies, New York, NY, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saint-Martin, DavidMétéo-France, Toulouse, FNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Watanbe, ShingoJAMSTEC, Yokohama, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yoshida, KoheiMeteorological Research Institute, Tsukuba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 September 2021
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
DOI:10.5194/acp-21-13571-2021
Seitenbereich:Seiten 13571-13591
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Stratosphärische Zirkulation
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
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Hinterlegt von: Garny, Hella
Hinterlegt am:28 Nov 2022 08:39
Letzte Änderung:05 Dez 2023 10:25

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