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A Method for Estimating Global Subgrid‐Scale Orographic Gravity‐Wave Temperature Perturbations in Chemistry‐Climate Models

Weimer, M. und Wilka, C. und Kinnison, D. E. und Garcia, R. R. und Bacmeister, J. T. und Alexander, M. J. und Dörnbrack, Andreas und Solomon, S. (2023) A Method for Estimating Global Subgrid‐Scale Orographic Gravity‐Wave Temperature Perturbations in Chemistry‐Climate Models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15 (9), Seiten 1-27. Wiley. doi: 10.1029/2022MS003505. ISSN 1942-2466.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1029/2022MS003505

Kurzfassung

Many chemical processes depend non-linearly on temperature. Gravity-wave-induced temperature perturbations have been shown to affect atmospheric chemistry, but accounting for this process in chemistry-climate models has been a challenge because many gravity waves have scales smaller than the typical model resolution. Here, we present a method to account for subgrid-scale orographic gravity-wave-induced temperature perturbations on the global scale for the Whole Atmosphere Community Climate Model. Temperature perturbation amplitudes urn:x-wiley:19422466:media:jame21928:jame21928-math-0001 consistent with the model's subgrid-scale gravity wave parameterization are derived and then used as a sinusoidal temperature perturbation in the model's chemistry solver. Because of limitations in the parameterization, we explore scaling of urn:x-wiley:19422466:media:jame21928:jame21928-math-0002 between 0.6 and 1 based on comparisons to altitude-dependent urn:x-wiley:19422466:media:jame21928:jame21928-math-0003 distributions of satellite and reanalysis data, where we discuss uncertainties. We probe the impact on the chemistry from the grid-point to global scales, and show that the parameterization is able to represent mountain wave events as reported by previous literature. The gravity waves for example, lead to increased surface area densities of stratospheric aerosols. This increases chlorine activation, with impacts on the associated chemical composition. We obtain large local changes in some chemical species (e.g., active chlorine, NOx, N2O5) which are likely to be important for comparisons to airborne or satellite observations, but the changes to ozone loss are more modest. This approach enables the chemistry-climate modeling community to account for subgrid-scale gravity wave temperature perturbations interactively, consistent with the internal parameterizations and are expected to yield more realistic interactions and better representation of the chemistry.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202672/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Method for Estimating Global Subgrid‐Scale Orographic Gravity‐Wave Temperature Perturbations in Chemistry‐Climate Models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Weimer, M.MIT, Cambridge, MA, USAhttps://orcid.org/0000-0002-1004-4002NICHT SPEZIFIZIERT
Wilka, C.MIT, Cambridge, MA, USAhttps://orcid.org/0000-0002-2917-1140NICHT SPEZIFIZIERT
Kinnison, D. E.NCAR, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia, R. R.NCAR, Boulder, CO, USAhttps://orcid.org/0000-0002-6963-4592NICHT SPEZIFIZIERT
Bacmeister, J. T.NCAR, Boulder, CO, USAhttps://orcid.org/0000-0001-8848-975XNICHT SPEZIFIZIERT
Alexander, M. J.NorthWest Research Assoc., Boulder, CO, USAhttps://orcid.org/0000-0003-2495-3597NICHT SPEZIFIZIERT
Dörnbrack, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0936-0216NICHT SPEZIFIZIERT
Solomon, S.NOAA Aeronomy Lab., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2023
Erschienen in:Journal of Advances in Modeling Earth Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.1029/2022MS003505
Seitenbereich:Seiten 1-27
Verlag:Wiley
ISSN:1942-2466
Status:veröffentlicht
Stichwörter:orographic gravity wave, stratospheric aerosols and chemistry particularly
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Angewandte Meteorologie
Hinterlegt von: Ziegele, Brigitte
Hinterlegt am:07 Feb 2024 09:14
Letzte Änderung:07 Feb 2024 12:41

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