Objectives. Improve our understanding of aerosol-climate and ozone-climate interactions by:

Transkript

1 Aerosols, Ozone and Climate Objectives Improve our understanding of aerosol-climate and ozone-climate interactions by: developing and applying global models in combination with analysis of data studying processes of importance for the interaction providing improved parameterisations for climate models.

2 Aerosols, Ozone and Climate Organization of activities Module 1: Understanding the direct aerosol effect (PI Gunnar Myhre, UiO) Module 2: Aerosol-climate interactions in climate models (PI Trond Iversen, UiO) Module 3: Observations and analysis of stratospheric ozone, water vapour and other trace gases (PI Yvan Orsolini, NILU) Module 4: Ozone-climate interactions (PI Frode Stordal, UiO)

3 Aerosol optisk dybde Model 4 set av satellitt data -MODIS ny versjon collection 5 -MODIS tidligere versjon collection 4 -MODIS både på Terra og Aqua satellitt -MISR (Terra)

4 Jan, Feb, Mar, Apr Aug, Sep, Oct, Nov Model

5 AeroCom, Schulz et al., 2006 Bellouin et al Chung et al., 2005 Hvorfor så forskjellige resultater? Aerosol fordeling og kjemisk komposisjon varierer svært Aerosol absorpsjon Vertikal fordeling UIO_CTM Drevet med meteorologiske data for 2004 hvor det er mye data å sammenligne med Horisontal oppløsning på 1x1 grad Inkluderer sjø salt, mineral støv, sulfat, organisk karbon (fra primær og sekundær danning), sot og nitrat

6 CAM-Oslo Aerosol-prosesser Komponenter I CAM-Oslo Sjøsalt (SS), Jordstøv (DU), DMS-SO2-Sulfat, Svart Sot (BC), Primære og sekundære Organiske partikler (OM) Utslipp: For preindustriell og dagens: AeroCom Framtidg: IPCC TAR Kjemi / fysikk: Oksidasjon of DMS og SO2 i luft og i skyvann Nukleasjon av nye partikler, deposisjon på gamle partikler, koagulasjon mellom partikler Svelling ved opptak av fuktighet Meteorologi on-line : Alle prosesser transport kjemi avsetning - er beregnes sm en del av klimamodellen Vekselvirkning med stråling (direkte effekt) Spredning og absorpsjon av solstråling (Mie-beregninger) Full strålingsberegning med modellens skjema Vekselvirkning med skyer og nedbør (indirekte effekt) Aktivering av kondensasjonskjerner ved overmetning (nye skydråper) Egen beregning av dråpekonsentrasjon I skyer Beregning av nedbørdannelse i varme skyer Under utvikling: ispartikler I skyer

7 Total-søyler (mass per m 2 ) SO2 SO4 Støv BC OM SS

8 Sensitiviteter: endret strålingspådriv av skyer (W/m 2 ): Dagens i forhold til preindustrielt E1: standard CAM-Oslo E2: utslipp SO4 som gass E3: utslipp sjøsalt bare grov E4: 0.1% sjøsalt fin

9

10

11 CAM-Oslo GCM Beregningene av SO 4, BC, OM, sjøsalt og jordstøv i CAM-Oslo sammenlikner bra med observasjoner og satellitt-data (in-situ, aeronet, MODIS) samt med mange andre modeller av samme art Noe underestimat av sulfat og sot i Arktis om vinteren Men: det mangelfull observasjonsdekning, særlig i fri troposfære Mangler ennå potensielt viktige komponenter: nitrat, biologiske partikler Strålingspådriv av SO 4, BC & OC (nå i forhold til preindustriell), CAM-Oslo: direkte(toa) = 0.04 W/m 2, direkte(bakken) = W/m 2 Indirekte(TOA) = W/m 2 (NB: kun radius effekt) Våre resultater gir stort indirekte pådriv. Antagelig er preindustrielt dråpetall underestimert. Mer realistisk beregning av dråpetall gir mindre indirekte pådriv ( Storelvmo et al.) Det som her er utviklet er brukt i scenario-beregninger i RegClim.

12 SUMMERTIME LOW O 3 EPISODE OVER SCANDINAVIA DURING THE EUROPEAN HEAT WAVE OF AUGUST 2003 TOMS at OSLO and KIRUNA MIPAS : ~25km LOE Summer low-ozone episodes are transient decreases in ozone column at high and mid latitudes, analogous to winter ozone mini-holes. They occur in conjonction with : high-tropopause, anticyclonic conditions in the troposphere the pool of low-ozone Arctic air in the stratosphere being displaced off the pole, and aloft of the anticyclone

13 Antarctic polar vortex in austral spring 2002 Use of MIPAS satellite observations of water vapour to diagnose the exceptional split and break-up of the Antarctic polar vortex in austral spring 2002 Orsolini, Y., C. Randall, G.L. Manney, D. Allen J. Atm Sci. Special issue (2005) Modelert vs observert split av ozonhullet 24 Sept (UiO)

14 Ozonnedbryting i Arktis Sammenlikning av observert (NILU Tromsø) og modellert (Oslo CTM2) total ozonkolonne over Andøya vinteren 2004/2005 Redusert stratosfæreozon i g 2001

15 Stratosfærisk vanndamp fra metan oksidasjon: Økt betydning av metan Vanndamp endring (ppmv) siden 1750 Økt metan oksidasjon gir en nær 50% økning i vanndampen over 30 km Strålingspådriv nær 0.1 Wm -2 siden 1750 og 0.05 Wm -2 siden Nyere estimat 3-4 ganger høyere enn i IPCC TAR Myhre, Nilsen, Gulstad, Shine, Rognerud, Isaksen, GRL, 2007

16 WACCM The Whole-Atmosphere Community Climate Model (WACCM) Koplet fysikk, kjemi og dynamikk fra bakken til 150 km Utviklet ved NCAR Vertikal oppløsning: 66 lag, trop. og strat. 1.25km Horisontal oppløsning 2x2.5 deg, 4x5 deg, 10x15 deg Kjemi: 50 komp, 93 gass, 17 het, 41 fotolyse-reaksjoner Kjørt for 1970 og 2000 med havtemperaturer, drivhusgasser og ozonreduserende stoffer (KFK) Horisontal oppløsning 2x2.5 deg

17 Endring i total O 3 (%) fra 1970 til 2000

18 Atmosfærens båndopptager Tropisk H 2 O, år 2000 Sesongvariasjon i tropopausetemperatur Brewer-Dobson-sirkulasjon 10 WACCM H2O [ppmv] HALOE H2O [ppmv] log(pressure) [hpa] Jan Jul Dec Jan Jul Dec HALOE data from K. Roselof

19 Koplet klima/kjemi beregninger i CAM2 Endringer i NOx fra lyn Effekten av økte utslipp av forurensning på ozon (SRES A2) Effekten av NOx fra lyn på ozondannelsen i August 2000 (venstre) og August 2100 (høyre) i %.

20 Arctic Climate Change and Variability Connected to the Stratosphere (ARCTIC_LIS) NORKLIMA POLAR FORSKNING ( ) Yvan J. Orsolini (NILU) (Co-ordinator), Ivar Isaksen, Frode Stordal (UiO) Internationale samarbeidspartnere: Cora Randall (University of Colorado, Boulder) Rolando Garcia (NCAR, Boulder) Varavut Limpasuvan (Coastal Carolina University) Sergei Smyshlyaev (RSHU, St-Petersburg) Objectives Investigate the impact of climate change on stratospheric ozone chemistry and transport, esp. upon the ozone recovery, using a comprehensive, stratospheric chemistry model Analyse the feedbacks of stratospheric ozone changes onto the climate of the northern high latitudes Examine the role of solar-terrestrial coupling from energetic particle precipitation (EPP) on the stratospheric ozone and nitrogen chemistry and budget, and the role of very-short-lived bromine compounds on polar ozone depletion WACCM

21 Bidrag fra AerOzClim IPCC: Aerosol effekter gjennom Aerocom WMO/UNEP Ozone Assessment: Sammenlikning modell/observasjoner/beregninger av fremtidig ozonendringer Pågående EU prosjekter klima/kjemi beregninger: SCOUT-O3, ENSEMBLES, QUANTIFY, ACCENT Nye EU prosjekter: EUCAARI Partikkel/kjemi kopling EUROHYDRO - Stratosfærekjemi

22 Bidrag til 2006 WMO/UNEP ozone assessment: The Ozone Layer in the 21st Century

23