Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Institut für Physik der Atmosphäre Current Version; CCM E39/C Future: ECHAM5/MECCA Surface, aircraft, lightning NO x Emissions [Tg N/a] Radiation Long-wave.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Institut für Physik der Atmosphäre Current Version; CCM E39/C Future: ECHAM5/MECCA Surface, aircraft, lightning NO x Emissions [Tg N/a] Radiation Long-wave."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Physik der Atmosphäre Current Version; CCM E39/C Future: ECHAM5/MECCA Surface, aircraft, lightning NO x Emissions [Tg N/a] Radiation Long-wave Short-wave Chemical Boundary Conditions Atmosphere: CFCs, at 10 hPa: ClX, NO y, Surface: CH 4, CO Chemistry (CHEM) Methane oxidation Heterogeneous Cl reactions PSC I, II, aerosols Dry/wet deposition Photolysis Feedback O 3, H 2 O, CH 4, N 2 O, CFCs Prognostic variables (vorticity, divergence, temperature, specific humidity, log-surface pressure, cloud water), hydrological cycle, diffusion, gravity wave drag, transport of tracers, soil model, boundary layer; sea surface temperatures. T30, 39 layers, top layer centred at 10 hPa Dynamics (ECHAM) Hein et al., 2001 Lagrangian Transport ATTILA Stenke&Grewe 2005

2 Institut für Physik der Atmosphäre Transiente Model simulation - Boundary Conditions QBO Solar cycle and volcanoes Dameris et al., 2005

3 Institut für Physik der Atmosphäre Transiente Model simulation - Boundary Conditions Natural und anthropogenic NO x emissions: SourceReference Emissions: 1960 to 2000 IndustryBenkovitz et al., TgN/a Lightning Grewe et al., 2001 ~5 TgN/a Air trafficSchmitt und Brunner, TgN/a Surface Traffic Matthes, TgN/a ShipsCorbett et al, TgN/a Biomass BurningLee, pers. comm TgN/a Sea surface temperatures and ice coverage: Monthly means: UK Met Office Hadley Centre, hier: Beispiel für Juni 1985 (Rayner et al., 2003)

4 Institut für Physik der Atmosphäre Evolution of ozone column [DU]: Ozone hole High variability

5 Institut für Physik der Atmosphäre Grewe, 2004

6 Institut für Physik der Atmosphäre De-seasonalized anomalies of the ozone columns [%] QBO clearly visible Global Trend: ~20 DU y- Solar cycle recognizable, but QBO, volcanoes, trend overlaid

7 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone influx from the stratosphere to the troposphere De-seasonalized Monthly means x Estimate based on correlations with long-lived species: 475 Tg/year (Murphey and Fahey, 1994) and with flux calculations: NH: 252 Tg/a SH: 248 Tg/a (Olson et al., 2004) Signal of solar cycle identifyable especially on SH Large interannual variability No trends recognizable

8 Institut für Physik der Atmosphäre Simulated ozone origin Grewe, 2005

9 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone influx: ozone origin Northern Hemisphere: Ozone mainly produced in NHMS TRMS TRTS NHMS: high inter-annual variability Southern Hemisphere: Ozone mainly produced in TRTS SHMS TRLS SHMS low inter-annual variability solar cycle visible Grewe, 2005

10 Institut für Physik der Atmosphäre The lightning NOx source Kurz and Grewe, 2002

11 Institut für Physik der Atmosphäre Variability and trends in the tropical UT: ENSO (ppmv) Longitude MLS H 2 O, UT, TropicsE39/C H 2 O, 200 hPa,Tropics 150E90W Model reproduces individual strong events almost identical, e.g. 1995/96, 1997/98

12 Institut für Physik der Atmosphäre Marked ozone tracers in a NMHC-model: MOZART anthropogenic natural stratosphere Lamarque et al., 2005

13 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone changes in the tropical upper troposphere (30S-30N; hPa) Lightning: most important source for ozone Large contrib. to variability Stratospheric ozone second most important source From 1990 Industry and surface transportation

14 Institut für Physik der Atmosphäre De-seasonalized ozone changes in the tropical UT Stratospheric ozone follows influx from stratosphere, producing ±2% variability out of a totale interannual var. of ±4% Lightning ozone correlated with Nino Index variability: ±1-2%

15 Institut für Physik der Atmosphäre Evolution of ozone in NH lower troposphere (30N-90N; hPa) Most important sources: Industry, surface transportation, lightning, stratosphere

16 Institut für Physik der Atmosphäre Evolution of de-seasonalized ozone in NH lower troposphere (30N-90N; hPa) Year-to-year variability strongly dominated by stratosphere (±5%) Trend in ozone (25% increase): - results from increase in NO x emissions (Industry and traffic) - Trend reduction in 80s caused by lower emissions and lower stratospheric contribution. ~25% ~30% -5%

17 Institut für Physik der Atmosphäre Conclusion (1) Stratosphere realistical variability of dynamics realistical ozone trend (10% by H 2 O trend Stenke&Grewe, 2005) Interannual ozone-variability well reproduced (DWD-Ozonbulletin) Validation mainly based on direct comparison with observation (TOMS,...) Stratosphere-Troposphere Exchange ozone influx diagnosed, solar cycle influences variability different ozone origins for STE on NH and SH results in different variability Findings based on special diagnostics: ozone origin Troposphere inter-annual variability in ozone attributed to sources NH ozone trend: Industry+Traffic (+30%), slower in 80s R eduction in 80s, caused by Strat-O 3 Findings based on special diagnostics: ozone emission relation (tagged tracers)

18 Institut für Physik der Atmosphäre Conclusion (2) The identification of climate-chemistry interactions, e.g. 'How does climate change chemistry?' largely depends on additional diagnostics. 2 Diagnostics presented a) Ozone origin diagnostic b) Ozone - emissions source relation How well do we understand these processes: a) How much of the ozone in the troposphere is originally produced e.g. in the tropics 30 km? b) How much ozone is produced e.g. by lightning? Model intercomparison would help to understand these processes. Observational data maybe partly available.

19 Institut für Physik der Atmosphäre Institut für Physik der Atmosphäre

20 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone Chemistry - Stratosphere Production Destruction Source: IETZE & Eber-Hard, UBA

21 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone Production: O 2 O + O O 2 + O O 3 O2O2 Ozone Chemistry - troposphere

22 Institut für Physik der Atmosphäre Transiente Model simulation - Aufwand and Realization Preparation of the simulation: 1 year; 10 Persons; Literatur recherche, Data preparation, Development of diagnostics, Development of run-scripts Realization: 1/2 year on NEC SX4 using 1-3 Processors Roughly 1 TByte Output Supercomputer Simulation + raw data preparation Workstation Visualization Internet Control

23 Institut für Physik der Atmosphäre Overview Motivation Modell / Experiment Stratosphere: Circulation: Validation Chemistry: Ozone: What determines its variability? Impact on the troposphere Troposphere NOx and Lightning Ozone Trends Summary

24 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C vs. NCEP: Zonal Wind (60°N) and Temperature (80°N) in 30 hPa High variability on Northern Hemisphere well represented Observation Model WindTemperatur

25 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C vs. NCEP: Zonal Wind (60°S) and Temperatur (80°S) at 30 hPa Low variability on Southern Hemisphere well represented; BUT: Cold-Pole Problem Observation Model WindTemperature

26 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C: Zonal Wind (60°N) and Temperature (80°N) Temporal development of polar vortex WindTemperature Between 60s and 70s-90s: Strengthening of the Jet streams and cooling But: Within variability

27 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C: Zonal Wind (60°S) and Temperature (80°S) Temporal development of polar vortex WindTemperature Polar vortex exists longer

28 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C vs. MSU Channel 4: Global mean temperature anomalies in the lower stratosphere (15-23 km)

29 Institut für Physik der Atmosphäre Trend + Solar Cycle + Volcanoe Variability und trends in der LS: Temperature Linear trend Solar cycle Volcanoes stepwise cooling of the stratosphere

30 Institut für Physik der Atmosphäre Variability of ozone column at 25°S - 25°N Influence of the sun WMO, 2003; fig

31 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C vs. Observation: Anomalies of ozone column E39/C TOMS Ground stations (Bojkov and Fioletov, 1995; pers. com. Fioletov, 2004) calm, stable winter situations Beginning of 90s: stronger ozone losses Individual strong events well represented -> Rudi Deckert

32 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone climatologies: E39/C and TOMS E39/C: E39/C: TOMS: E39/C: (60-79) minus (80-99)

33 Institut für Physik der Atmosphäre Ozon-Mischungsverhältnis [in ppbv] - Mittelwert inter-annual variability

34 Institut für Physik der Atmosphäre Overview Motivation Modell / Experiment Stratosphere: Circulation: Validation Chemistry: Ozone: What determines its variability Impact on the troposphere Troposphere NO x and Lightning Ozone Trends Summary

35 Institut für Physik der Atmosphäre Total Cloud Coverage (%) V. Grewe, M. Ponater, M. Dameris, R. Meerkötter; (DLR-IPA) ECHAM ISCCP

36 Institut für Physik der Atmosphäre Total cloud cover from the transient run of the ECHAM model in comparison to ISCCP, ECC, and SYNOP data sets ECC, ~11:30-16:30 UT ISCCP-D2, 12:00 UT SYNOP, 12:00 UT ECHAM, 24h Monthly means, area averaged d=+12% c=0.2 d=-16% c=0.7 d=0.0% c=0.4 R. Meerkötter, V. Grewe, M.Dameris, M. Ponater; (DLR-IPA), H. Mannstein (DLR-IPA), G. Gesell (DLR-DFD), C.König (DLR-IPA) Meerkötter et al., 2004

37 Institut für Physik der Atmosphäre Modelled Lightning (convective massflux) vs Observations OTD Satellite dataE39/C model Kurz and Grewe, 2002

38 Institut für Physik der Atmosphäre Simulated evolution of cloud to ground lightning 1960 to 2000 El Nino events

39 Institut für Physik der Atmosphäre Variability and trends in the tropical UT: ENSO E39/C H 2 O, 200 hPa, 20°N-20°S, detrended - ENSO-Index: El Niño, La Niña Starker El Niño: +30 ppmv H 2 O : SST (Nino3.4) Nino3.4: 5°N-5°S, 170°W-120°W Lag-Korrelation: 3 Monate Korrelationskoeffizient r = 0.67 H 2 O/ SST = 5.3 ppmv/K Stenke, 2005

40 Institut für Physik der Atmosphäre Simulation and Observations of NO x Upper troposphere: Air traffic corridor Observations Modell E39/C Tropospheric column Grewe et al., 2002 Aircraft Measurements - NOXAR Lauer et al., 2002, Satellite Measurements

41 Institut für Physik der Atmosphäre Ozon-Differenzen: (90-99) minus (60-69) [in ppbv]

42 Institut für Physik der Atmosphäre Temperatur [in K] - Mittelwert

43 Institut für Physik der Atmosphäre Temperatur-Differenzen: (90-99) minus (60-69) [in K]

44 Institut für Physik der Atmosphäre Zonal Wind [in m/s] - Mittelwert

45 Institut für Physik der Atmosphäre Zonal Wind-Differenzen: (90-99) minus (60-69) [in m/s]

46 Institut für Physik der Atmosphäre Änderungen des Tropopausendrucks

47 Institut für Physik der Atmosphäre Änderungen des Wasserdampf-Mischungsverhältnis an der thermischen Tropopause 40°N

48 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C: Wasserdampftrend in 80 hPa, 40°N und 40°S Randel et al., 2004

49 Institut für Physik der Atmosphäre E39/C: Wasserdampftrend an der thermischen Tropopause (!) Boulder 40°N

50 Institut für Physik der Atmosphäre Variabilität durch vorgeschriebene Antriebe Einfluss von Vulkanen

51 Institut für Physik der Atmosphäre Variabilität durch vorgeschriebene Antriebe Einfluss der quasi-zweijährigen Oszillation (QBO)

52 Institut für Physik der Atmosphäre Anomalien der Ozongesamtsäule, bezogen auf 1964 bis 1980

53 Institut für Physik der Atmosphäre Ozonbulletin des DWD, November 2004

54 Institut für Physik der Atmosphäre Variabilität der Ozongesamtsäule in 30° - 60°N, JFM 12 DU ± 4 DU

55 Institut für Physik der Atmosphäre Variabilität durch vorgeschriebene Antriebe Einfluss der solaren Aktivität (11-Jahres Zyklus)

56 Institut für Physik der Atmosphäre Ozonproduktionsrate und -photolyserate in 10, 30 und 50 hPa

57 Institut für Physik der Atmosphäre Zusammenfassung Ergebnisse der früheren Zeitscheibenexperimente (1960, 1980, 1990) und die daraus abgeleiteten Schlüsse (z.B. Hein et al., 2001; Grewe et al., 2001; Schnadt et al., 2002) werden bestätigt. Berechnete klimatologische Mittel dynamischer und chemischer Größen sowie saisonale und interannuale Variationen stimmen mit Beobachtungen weitestgehend überein. Langzeitliche Veränderungen (Trends) werden in der transienten Simulation zufriedenstellend reproduziert. Das Modell zeigt überraschenderweise Ähnlichkeiten mit beobachteten, singulären Ereignissen, besonders in der Südhemisphäre. Vorgeschriebene Meeresoberflächentemperaturen, die Berücksichtigung der solaren Variabilität und der QBO spielen für die Variabilität der (Modell-)Atmosphäre eine wichtige Rolle, große Vulkanausbrüche beeinflussen die Atmosphäre nur für wenige Jahre.

58 Institut für Physik der Atmosphäre Ozonbulletin des DWD, November 2004

59 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone production and destruction: 50°N, 50 hPa

60 Institut für Physik der Atmosphäre Ozone anomalies in 50°N, 50 hPa, related to


Herunterladen ppt "Institut für Physik der Atmosphäre Current Version; CCM E39/C Future: ECHAM5/MECCA Surface, aircraft, lightning NO x Emissions [Tg N/a] Radiation Long-wave."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen