Variationen der tropischen Temperaturgradienten in Klimamodellen und ihre Auswirkungen auf die Erwärmung der oberen Troposphäre

In einer neuen Studie im Journal of Climate zeigen Paul Keil, Hauke Schmidt, Bjorn Stevens und Jiawei Bao, Wissenschaftler in der Abteilung "Atmosphäre im Erdsystem" des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M), wie spezifische Eigenschaften der Konvektion tropische Temperaturgradienten und die Erwärmung der oberen Troposphäre beeinflussen.

Foto: Paul Keil

Die vertikale Temperaturänderung in der tropischen Troposphäre wird durch das Gleichgewicht zwischen latenter Erwärmung durch hochreichende Konvektion und Strahlungsabkühlung bestimmt. Die Temperaturen in der oberen Troposphäre sind für viele globale Zirkulationssysteme und Klima-Rückkopplungen von Bedeutung. Ein Hauptkritikpunkt an den Klimamodellsimulationen der letzten Jahrzehnte ist jedoch, dass sie die Erwärmung in der oberen Troposphäre zwischen 8 und 13 km Höhe im Vergleich zu den Beobachtungen überbewerten, was Bedenken hinsichtlich der Genauigkeit der Simulationen aufkommen lässt.

 

In dieser Studie zeigen die Autoren, dass die Klimamodelle bereits vor der Erwärmung bezüglich der mittleren tropischen Temperaturgradienten nicht übereinstimmen. In eigenen Klimamodellexperimenten zeigen sie, dass dies wahrscheinlich auf die unterschiedliche Parametrisierung der Konvektion durch die konventionellen Klimamodelle zurückzuführen ist. Bei schwächeren Umwandlungsraten von Wolkentröpfchen in Niederschlag steigt die Menge des Kondensats in der Wolke und damit auch die Gefrier-Enthalpie, was zu wärmeren Temperaturen in der oberen Troposphäre führt. Bei schwächeren Entrainment-Raten wird die obere Troposphäre ebenfalls wärmer, da weniger Luftfeuchtigkeit durch Vermischung an die Umgebung verloren geht, was eine stärkere Kondensationserwärmung ermöglicht.

 

Schließlich zeigen die Autoren, dass die Klimamodelle die Erwärmung der oberen Troposphäre im Vergleich zu den meisten Analysen von Radiosonden-Beobachtungen immer noch überschätzen. Zumindest ein Teil dieser Verzerrung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Modelle im Durchschnitt die Erwärmung der oberen Troposphäre als Reaktion auf eine bestimmte Erwärmung der unteren Troposphäre überschätzen, die so genannte Erwärmungsverstärkung. Durch Erhöhung des Entrainments (und dadurch Verringerung der Kondensationserwärmung in der oberen Troposphäre) kann diese Erwärmungsverstärkung verringert und mit den beobachteten Werten in Einklang gebracht werden.

 

Originalveröffentlichung:

Keil, P., Schmidt, H., Stevens, B., Bao, J. (2021) Variations of Tropical Lapse Rates in Climate Models and their Implications for Upper Tropospheric Warming. J. of Climate; https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-21-0196.1/JCLI-D-21-0196.1.xml

 

Kontakt:

Paul Keil
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 386
E-Mail: paul.keil@we dont want spammpimet.mpg.de