Wie wirken sich natürliche Variabilität und anthropogen bedingte Änderungen auf die stratosphärische Brewer-Dobson Zirkulation und den Ozonfluss in die Troposphäre aus?

Description: Die Brewer-Dobson Zirkulation (BDC) spielt eine Schlüsselrolle für das globale Klima, da sie die Konzentrationen von Ozon, Wasserdampf und Aerosol in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) beeinflusst. Diese Spurengase wiederum wirken sich über Strahlungsprozesse auf das Klima aus. Insbesondere bewirken Änderungen in der BDC Änderungen im Ozonfluss aus der Stratosphäre in die Troposphäre und haben darüber einen Einfluss auf Klima und Gesundheit. Das Verständnis der Variabilität der BDC auf saisonalen bis dekadischen Zeitskalen ist Voraussetzung für eine verläßliche Detektion von anthropogen bedingten Langzeit-Änderungen (Trends). Allerdings ist die Variabilität der BDC in den Klimamodellen nur unzureichend repräsentiert, und nicht in Übereinstimmung mit Spurengas-Messungen.Der Projektantrag zielt auf eine Abschätzung der Einflüsse von natürlicher Variabilität und Trends der BDC auf die Spurengaskonzentrationen in der UTLS ab. Insbesondere sollen diejenigen dynamischen Mechanismen untersucht werden, die die Unterschiede zwischen Modellen und Beobachtungen bewirken. Das Projekt verbindet etablierte diagnostische Methoden, neuartige Modell-Simulationen mit einem Lagrangeschen Transportmodell (CLaMS) und mit einem gekoppelten Chemie-Klimamodell (EMAC) mit Beobachtungsdaten, um die BDC Änderungen und dadurch bedingte Klimaeinflüsse zu untersuchen. Der Arbeitsplan gliedert sich in drei Arbeitpakete: (1) Untersuchung von natürlicher Variabilität und anthropogen bedingter Trends der BDC, (2) Untersuchung der involvierten dynamischen Mechanismen, (3) Abschätzung der Einflüsse von BDC Änderungen auf den Ozonfluß aus der Stratosphäre in die Troposphäre.Dazu werden erstens Zeitreihen von Luftalter und Ozon aus Beobachtungen auf Variabilitäten und Trends der BDC untersucht und mit Simulationen des CLaMS und des EMAC Modells verglichen, zur Validierung der Modelle. Mithilfe von Regressions-Methodiken werden dann Variabilitäten und Trends in der BDC und in den UTLS Spurengasverteilungen verschiedenen Variabilitäts-Moden im Klimasystem zugeschrieben. Zweitens, werden die involvierten dynamischen Prozesse anhand von drei Arten von Sensitivitäts-Experimenten mit dem EMAC Modell untersucht. Insbesondere können mit diesen vorgeschlagenen Sensitivitäts-Experimenten die dynamischen Mechanismen der BDC Änderungen durch ENSO und Vulkanaerosol aufgedeckt werden, sowie die Gründe für diesbezügliche Differenzen zwischen Modell und Beobachtung. Schließlich sollen der Effekt von BDC Änderungen auf den Ozonfluß in die Troposphäre und die dadurch bedingten Klimaeffekte angeschätzt werden. Dabei wird der Ozonfluß im Modell anhand eines Budget-Ansatzes für die untere Stratosphäre bestimmt. Regressions-Analyse ermöglicht eine Zuschreibung der Variabilität im Ozonfluß zu den verschiedenen Variabilitäts-Moden im Klimasystem, und somit eine Abschätzung der entsprechenden Effekte auf Klima und Luftqualität.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Ozon ? Brüden ? Langzeitwirkung ? Spurengas ? Wasserdampf ? Aerosol ? Klimavariabilität ? Regressionsanalyse ? Strahlungsbilanz ? Zeitreihenanalyse ? Monitoringdaten ? Klimamodell ? Luftqualität ? Simulationsmodell ? Stratosphäre ? Tropopause ? Troposphäre ? Wirkungsanalyse ? Zeitreihe ? Menschliche Gesundheit ? Globales Klima ? Verkehrsmodell ? Klimawirkung ? Klimasystem ? Klimadaten ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Betreiber*in)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2019-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: How are natural variability and anthropogenic forcings affecting the variability and trends in the Brewer-Dobson circulation and downward ozone flux?
  Description: The Brewer-Dobson circulation (BDC) is a key element of climate as it determines the transport and lifetime of ozone (O3), water vapor and aerosol above the tropopause, which significantly affect the Earth’s radiation budget. A strengthening BDC will impact the trace gas budgets in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS) and, thus, may have crucial consequences for climate. Recently, a strengthening BDC has been shown to modulate the downward O3 flux which, in turn, impacts on both climate and human health. Thus, understanding the BDC variability on seasonal to decadal time scales is a prerequisite for a reliable detection and attribution of the natural variability and anthropogenically-forced trends. However, BDC variability is often not reliably represented in current climate simulations, casting comparisons with measurements into doubt.We aim to assess the impact of natural variability and long-term anthropogenically-forced trends in the BDC on the UTLS trace gas distribution and on climate, and to analyze the dynamical mechanisms, leading to model-observation differences. The project combines established diagnostic tools, simulations with a reanalysis-driven Lagrangian transport model and a coupled chemistry-climate model together with available observations for investigating BDC changes and the related impacts on UTLS O3. To achieve these major goals, the work plan has three work-packages: (1) Investigations of the natural variability and anthropogenically-induced trends in the BDC, (2) Understanding dynamical mechanisms involved, and (3) Evaluation of the impact of BDC changes on the downward O3 flux.Available multi-year time series of observations (incl. O3 and mean age of air) will be used for investigating the variability and long-term BDC changes in the simulations with the Lagrangian transport model (CLaMS) and chemistry-climate model (EMAC). This comparison of observations with simulations is a prerequisite for disclosing the models’ ability to accurately capture the BDC variability. The use of regression analysis will then enable an attribution of variability and long-term trends in the BDC and in UTLS O3 distributions to different modes of climate variability.To investigate the dynamical mechanisms, we propose three types of sensitivity experiments in addition to the available simulations. These experiments will be conducted in a way that they will enable to disclose the dynamical mechanisms involved in the BDC changes induced by different forcings, and model-observation discrepancies.Finally, the impact of BDC changes on downward O3 flux and related effects on climate will be assessed using the long-term simulation with CLaMS driven by the EMAC output data. The downward O3 flux will be quantified using a budget approach to model O3 in the lowermost stratosphere. Regression analysis will attribute the variability in O3 flux to different modes of climate variability that critically impact the climate and air quality. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118577

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Aktiv

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