Vulkaneruptionen und El Niño: Studien mit einem gekoppelten Atmosphären-Ozeanmodell C. Timmreck, M. Thomas, M. Giorgetta, M. Esch, H.-F. Graf1, H. Haak, J. Jungclaus, W. Müller, E. Roeckner, H. Schmidt and G. Stenchikov2 Max Planck Institut für Meteorologie, Hamburg 1Centre Atmospheric Sciences University, Cambridge 2Rutgers-The State University of NJ, New Brunswick Dach Tagung 2007

Gekoppelte El Niño Vulkan Läufe Sehr grosse Vulkaneruptionen haben einen signifikanten Einfluß auf Klima, chemische Zusammensetzung und atmosphärische und ozeanische Zirkulation. In den Wintern nach den grössten Eruptionen der letzten Jahrzehnte (Agung, 1963; El Chichón, 1982; und Mt. Pinatubo,1991) fanden El Niños statt. Rekonstruktionen aus Paleodaten (Adams et al, 2003) zeigen, dass sehr große Vulkaneruptionen die Wahrscheinlichkeit eines El Nino Ereignisses erhöhen. Gekoppelte Atmosphären-Ozeanmodelle sind ein wichtiges Werkzeug, um unser Verständniss des kombinierten Effektes von El Nino und Vulkaneruptionen auf die Atmosphären und Ozeanzirkulation zu verstehen.

Gekoppelte El Niño Vulkan Läufe We have carried out a series of volcanic simulations with the AOGCM, ECHAM5/MPIOM. The volcanic radiative forcing is calculated online in the model using a realistic spatial-temporal distribution of aerosol optical parameters derived from satellite observations for the Pinatubo episode. Optical depth in the visible

Niño 3.4 SST anomalies in ECHAM5/MPIOM The frequency analysis of the El Niño events show good agreement with observations. However, the amplitude of 1.7 K is higher than in the IPCC runs (1.5 K) and in the AMIP cases (1.K)

Gekoppelte El Niño Vulkan Läufe Niño 3.4 Case I Niño 3.4 Case II Niño 3.4 Case III Three different cases are selected from a 100 year control run. 5 ensembles for Jan and June, perturbed / unperturbed. Each ensemble run has been performed for two years.

Net flux anomalies [W/m2] TOA SURFACE While 1 year after the eruption the radiative forcing at the TOA decreases significantly it remains at the surface in the tropics around -4 W/m2 throughout the 2nd year

Case I Juni ERA 40 Reanalysen Stratosphärischer Temperaturresponse [K] 30 hPa 50 hPa 100 hPa

Temperaturresponse in 50 hPa Case I Januar Case I Juni Case II Januar Case II Juni Case III Juni Case III Januar

GPH Anomaly 50 hPa DJF „91/92“ Case I January Case I June Era 40 Reanalysis Case II January Case II June GPH anomalies at 50 hPa are variable and only half of the cases a strengthing of the polar vortex is found

2m temperature anomaly [k] DJF „91/92“ Case I January Case I June Era 40 Reanalysis Case II June Case II January

Case II Juni 2m temp. Anomalien [K] DJF 91/92

Atmosphärischer Response Der stratosphärische tropische Temperaturresponse ist ähnlich in allen Fällen und in Übereinstimmung mit Beobachtungen. Der dynamische Response in den hohen Breiten der Nordhemisphäre ist sehr variabel. Nur in einigen Fällen wird das beobachtete Muster wiedergespiegelt. Weitere Analysen (EP Flüsse, Refraktionsindices) sind notwendig Achtung: Modellobergrenze bei 10 hPa !

Temperaturanomalien an der Oberfläche [K] Global gemittelte Oberflächentemperaturanomalien sind mit 0.3 K niedriger als die MSU Temperaturanomalien nach der Pinatuboeruption (0.4-0.5 K).

Oberflächenemperaturanomalien [K] Sommereruption Global Global Land Meer

Oberflächenemperaturanomalien [K] Wintereruption Global Global Land Meer

Nino 3.4 SST Anomalien Initialization of volcanic forcing in January Initialization of volcanic forcing in June

Gekoppelte El Niño Vulkan Läufe Unsere Modellergebnisse können die Hypothese, daß Vulkane die Wahrscheinlichkeit für ein El Niño Ereigniss erhöhen, nicht bestätigen. (Grössenordnung einer Pinatubo Eruption ) Modellergebnisse mit dem Ocean Thermostat modell (Emile-Geay, Spring AGU 2007) zeigen, dass Vulkane grösser Pinatubo die El Niño Wahrschienlichkeit erhöhen -> Simulation für eine sehr große Vulkaneruption z.B. 100 X Pinatubo Der dynamische Response im Ozean ist stark variabel und variiert zwischen den einzelnen Fällen, aber auch sehr stark zwischen den einzelnen Ensemblemitgliedern. Weitere Analysen sind notwendig, um zu verstehen, was sich hinter den physikalischen Mechanismen verbirgt und warum sich die einzelnen Ensemblemitglieder unterschiedlich verhalten. Fortführung der Läufe, da das Oberflächentemperatursignal nach 2 Jahren noch nicht wieder im Gleichgewicht ist. * Simulations with the Cane Zebiak model show that only eruptions larger than that of Mt Pinatubo can shift the likelihood and amplitude of an El Niño event above the level of the model's internal variability ( Emile-Geay at al. AGU 2007) Druffel et al, 2007 “ Our observation of low D14C values in the early 1800s contrasts with the climate model results showing tropical volcanic eruptions increase the probability of El Nin˜o events occurring in the winter following an eruption [Adams et al., 2003]. This remains an interesting issue that needs further study.“

Zusammenfassung Wir hatten einige Fragen bevor wir angefangen haben Nun haben wir noch mehr. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Net flux anomalies [W/m2]

Case I Nino 3.4 STD

Net Surface flux anomalies [W/m2]

Case II Nino 3.4 STD

Case III Nino 3.4 STD

Nino 3.4 SST Anomalies

Surface Temperature Anomalies [K] Global Northern Hemisphere All Ocean Land Ocean All Land Tropics 30N 30S Southern Hemisphere Land Ocean All