Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

CCM Simulationen stratosphärisch-troposphärischer

Wechselwirkungen in einem sich verändernden Klima

Ulrike LangematzInstitut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

• Bisherige Beiträge zu New SPARC Initiatives• Geplanter Beitrag zu G-SPARC

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

• Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change„How will changes in stratospheric composition affect climate?“

Bisherige Beiträge zu New SPARC Initiatives

1. Analyse von beobachteten stratosphärischenTrends2. GCM Experimente mit gestörten Ozon- und CO2-Verteilungen

3. CCM Experimente der Vergangenheit und Zukunft (1980-2020)

• Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling„By what mechanisms do the stratosphere and troposphere act as a coupled system?“

1. Analyse von GCM Experimenten

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

Beobachtete Temperatur [°C] und dekadischer Temperaturtrend [K/dec] in der mittleren Stratosphäre

März, 30 hPa, FUB-Analysen

Labitzke and Kunze, 2006

Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric ChangeAnalyse von beobachteten stratosphärischenTrends

Aktuell: Mitarbeit in der SPARC Stratospheric Trends Assessment Group

Starke zwischenjährliche Variabilität in der Stratosphäre im Winter → lange Zeitserien erforderlich

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

Beobachteter dekadischer Trend der geopotentiellen Höhe im Frühjahr

AR

CTIC

AN

TAR

CTIC

signifikante Intensivierung

immer noch verstärkt,aber wenigerLangematz and Kunze, 2006

Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric ChangeAnalyse von beobachteten stratosphärischenTrends

NCEP/NCAR Arctic Antarctic

1979-1999 3.5 d/dec 9.3 d/dec

1979-2005 5.2 d/dec 1.6 d/dec

1965-2005 0.0 d/dec 3.0 d/dec

Polarwirbelpersistenz im Frühjahr

Deutlich erhöhte dynamische Variabilität in Stratosphäre seit 2000

dam/dec

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006 Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change

GCM Experimente mit gestörten Ozonverteilungen

FUB-CMAM Modell

GCM, T21L34, Boden-0.01 hPa

• Zeitscheibensimulation 1980• Zeitscheibensimulation 2000 mit

Ozontrend• Zeitscheibensimulation 1980 mit Ozon- und CO2-Trend

Langematz et al., 2003

Globales Jahresmittel der dekadischen Temperaturänderung durch Ozon- und

CO2-Änderungen

[K/decade]

Globale Abkühlung der Stratosphäre durchuntere Stratosphäre: O3

mittlere Stratosphäre: CO2

obere Stratosphäre: 60% O3 + 40% CO2

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006 Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change

GCM Experimente mit gestörten Ozonverteilungen

Temperaturänderung auf Grund des beobachteten O3 Trends 1979-1997

Shine et al., 2003

Modelle mit vorgeschriebenen, beobacheten Ozontrendprofilen

– 1.25 to – 2.3 K/dec

– 0.25 to – 0.45 K/dec

SSU 1979-2003

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006 Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change

GCM Experimente mit gestörten Ozonverteilungen

Task 3c: Koordinierte GCM Experimente der Periode 1980-2000 mit vorgeschrie-benen,beobachteten Ozon-änderungen

GRIPS: GCM Reality Intercomparison Project for SPARC

FUB

NIESKU

WACCM MRI

Dekadischer Temperaturtrend in DJF

Aktuell: Focus auf Dynamik

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006 Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change

CCM Experimente

Tropische Tropopausentemperatur, DJF, K

SPARC-CCMVal Initiative

Vergleich transienter CCM-Simulationen

Aktuell: • neues CCM: MA-ECHAM5-MESSy (Kopplung mit Ozean, UV-Strahlung)• Analyse der Tropen

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling1. Analyse von GCM Experimenten

Huebener et al., 2007

FUB-EGMAM Modell

AOGCM, T30L39, Boden-0.01 hPamit interaktivem Ozeanmodell

• Ensemblesimulationen 1900-2100• mit unterschiedlichem Treibhaus- gasforcing nach IPCC

Wärmefluss an Tropopause im Wintervs. 50 hPa Temperatur im Frühjahr

1961-20002061-2100

Deutliche Änderung des troposphä-rischen Forcings in 2061-2100

Aktuell: Analyse der dynamischen Rückkopplung Stratosphäre→Troposphäre

ERA40

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

1) Detection, Attribution, and Prediction of Stratospheric Change

Geplanter FUB-Beitrag zu G-SPARC

• Analyse von beobachteten stratosphärischenTrends

Untersuchung der folgenden Fragen:• Welche Prozesse sind für die beobachteten Veränderungen in

der Stratosphäre verantwortlich?• Wie wird sich die Stratosphäre in der Zukunft entwickeln?

(Temperatur, chemische Zusammensetzung (Ozon), Dynamik)

dazu:• Durchführung und Analyse von Simulationen der jüngeren Vergan-

genheit und Zukunft mit dem MA-ECHAM5-MESSy CCM (mit Ozean) … in Koordination mit den CCMs der G-SPARC Partner… in Koordination mit SPARC/CCMVal… zur Vorbereitung des WMO/UNEP Ozonassessments 2010

Ulrike Langematz, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin

G-SPARC Workshop, Institut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, 4./5. Dezember 2006

2) Stratosphere-Troposphere Dynamical Coupling

Untersuchung der folgenden Fragen:

• Wie gut ist die statistische Kopplung Stratosphäre↔Troposphäre im Modell im Vergleich mit Beobachtungen?

• Welche Prozesse und Wechselwirkungen sind dafür verantwortlich?• Verbesserung der Vorhersagbarkeit der troposphärischen Zirkulation?• Jahreszeitliche Abhängigkeit?• Ändert sich die Kopplung Stratosphäre↔Troposphäre in einem sich

verändernden Klima?

… anhand vonAnalysen der CCM Experimente aus 1)Analysen von Beobachtungen