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Constraints on simulated past Arctic amplification and lapse rate feedback from observations

Linke, O. und Quaas, J. und Baumer, F. und Becker, S. und Chylik, J. und Dahlke, S. und Ehrlich, A. und Handorf, D. und Jacobi, C. und Kalesse-Los, H. und Lelli, Luca und Mehrdad, S. und Neggers, R. und Riebold, J. und Garfias, Pablo Saavedra und Schnierstein, N. und Shupe, Matthew D. und Smith, C. und Spreen, G. und Verneuil, B. und Vinjamuri, K. und Vountas, M. und Wendisch, M. (2023) Constraints on simulated past Arctic amplification and lapse rate feedback from observations. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP) (23), Seiten 9963-9992. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-23-9963-2023. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/23/9963/2023/

Kurzfassung

The Arctic has warmed much more than the global mean during past decades. The lapse-rate feedback (LRF) has been identified as large contributor to the Arctic amplification (AA) of climate change. This particular feedback arises from the vertically non-uniform warming of the troposphere, which in the Arctic emerges as strong near-surface, and muted free-tropospheric warming. Stable stratification and meridional energy transport are two characteristic processes that are evoked as causes for this vertical warming structure. Our aim is to constrain these governing processes by making use of detailed observations in combination with the large climate model ensemble of the 6th Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). We build on the result that CMIP6 models show a large scatter in Arctic LRF and AA, which are positively correlated for the historical period 1951–2014. Thereby, we present process-oriented constraints by linking characteristics of the current climate to historical climate simulations. In particular, we compare a large consortium of present-day observations to co-located model data from subsets with weak and strong simulated AA and Arctic LRF in the past. Our results firstly suggest that local Arctic processes mediating the lower thermodynamic structure of the atmosphere are more realistically depicted in climate models with weak Arctic LRF and AA (CMIP6/w) in the past. In particular, CMIP6/w models show stronger inversions at the end of the simulation period (2014) for boreal fall and winter, which is more consistent with the observations. This result is based on radiosonde observations from the year-long MOSAiC expedition in the central Arctic, together with long-term radio soundings at the Utqiaqvik site in Alaska, USA, and dropsonde measurements from aircraft campaigns in the Fram Strait. Secondly, remote influences that can further mediate the warming structure in the free troposphere are more realistically represented by models with strong simulated Arctic LRF and AA (CMIP6/s) in the past. In particular, CMIP6/s models systemically simulate a stronger Arctic energy transport convergence in the present climate for boreal fall and winter, which is more consistent with reanalysis results. Locally, we find links between changes in transport pathways and vertical warming structures that favor a positive LRF in the CMIP6/s simulations. This hints to the mediating influence of advection on the Arctic LRF. We emphasise that one major attempt of this work is to give insights in different perspectives on the Arctic LRF. We present a variety of contributions from a large collaborative research consortium to ultimately find synergy among them in support of advancing our understanding of the Arctic LRF.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197112/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Constraints on simulated past Arctic amplification and lapse rate feedback from observations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Linke, O.Universität Leipzig, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Quaas, J.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumer, F.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Becker, S.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chylik, J.Universität Köln, KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dahlke, S.Alfred Wegener Institute, Potsdam, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ehrlich, A.Universität Leipzig, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Handorf, D.Alfred Wegener Institute, PotsdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jacobi, C.Universität Leipzig, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kalesse-Los, H.Universität Leipzig, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lelli, Lucaluca.lelli (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6698-1388142108233
Mehrdad, S.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neggers, R.Universität Köln, KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riebold, J.Alfred-Wegener InstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garfias, Pablo SaavedraGeophysical Institute and Bergen Offshore Wind Centre, University of Bergenhttps://orcid.org/0000-0002-4596-946XNICHT SPEZIFIZIERT
Schnierstein, N.Universität Köln, KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shupe, Matthew D.University of Colorado, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Smith, C.University of LeedsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spreen, G.Universität Bremen, BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verneuil, B.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vinjamuri, K.Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vountas, M.Universität Bremen, BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wendisch, M.Universität Leipzig, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 September 2023
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-23-9963-2023
Seitenbereich:Seiten 9963-9992
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Arctic, lapse rate, feedbacks, models
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 - Spektroskopische Verfahren der Atmosphäre
Standort: Berlin-Adlershof , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Lelli, Luca
Hinterlegt am:11 Sep 2023 11:46
Letzte Änderung:29 Jan 2024 12:36

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