Analysis of the physical mechanisms controlling tropical low

Analysis of the physical mechanisms controlling
tropical low-cloud feedbacks in the IPSL climate
model through a hierarchy of model congurations
Florent Brient, Sandrine Bony, Ionela Musat, Jean-Louis
Dufresne
Laboratoire de Meteorologie Dynamique / IPSL
22 juin 2011
Model Hierarchy
I
Simplication du modèle IPSLCM5a
I
Modèles atmospheriques : AMIP et
Aquaplanète
I
Simplication du radiative forcing :
+1% CO2 /year → +4K et 4XCO2
I
Single Column Model (SCM) : Permet
de comprendre les méchanismes
physiques
I
Reproduit-on la même sensibilité
climatique dans ces congurations
diérentes ?
IPSL-CM5a Model
IPSLCM5a : +1pct
Temperature
CO2 / year
SW CRF
Low Cloud
LW CRF
I
I
I
2xCO2 : +3K d'augmentation de la SST (modèle de forte
sensibilité)
Cloud Radiative Forcing : ∆CRF SW donne le signe de ∆CRF
Net (moins négative)
Positive feedback lié à la diminution des nuages bas →
Diculté de comprendre les méchanismes dans un modèle
couplé.
Zoom on weak subsidence area
Cloud Fraction change
Altitude
Cloud profil w500 = 20 hPa/day
AQUA
AMIP
I
Prol nuageux dans zones de faible subsidence
(w500 =20hPa/day)
I
Diminution de la fraction nuageuse dans la couche à 950mb
I
Donne au premier ordre la rétroaction nuageuse positive du
modèle IPSLCM5a (car fort poids gégographique)
I
Need to reproduce the 3D behaviour in a SCM.
Using a Single Column Model
s6 CGILS case s6 ω -stochastic (σ =σGCM ) 3D
I
I
I
SCM capable de reproduire le prol nuageux dans le climat
present et futur seulement en ajoutant une variabilité sur la
vitesse verticale
Forcage stochastique permet de créer une alternance entre
forte convection et subsidence (characteristique des zones de
faible subsidence)
Utilisation pour comprendre la rétroaction nuageuse.
To summarized
W /m2 )
Une colonne typique des zones de faible subsidence : +2K exp (
∆ACRF = −(∆CSRadCooling + ∆(LH + SH )
→−
−
→
∂ MSE
+∆(−ω
) + ∆( V . ∇ MSE )LS )
∂P
−138
−148
−10
CS RadCooling
+1
+26
Hor Adv MSE
+7
+24
+8
−2
Vert Adv MSE
∆ BVA<0
−15
−16
−10
ACRF
−4
+6
−1
+6
LH + SH
+130
+136
Cloud Feedback analysis (3D)
Relation linéaire entre changement des nuages de couche limite et
∆BVA quelque soit le forçage
20
0000
1111
0000
1111
0000
1111
0000
1111
M
Diff Max Cloud Fraction (%)
15
10
D
Multiple 1D experiments
AMIP
AQUA
5
Only CO2 change
0
-5
-10
F
SST or RadCooling
increase
BI
H
J A
G
K
E
C
L
∆CF = 1.68 ∗ ∆BVA
R² = 0.82
-15
-10
-5
0
5
∆ BVA=Diff Adv Vect MSE [700:900mb] (W/m2)
I
I
10
Lettres sont des SCMs. Triangle : +4K-Ctrl.
Losange :4XCO2-Ctrl. Carré : variabilité saisonnière Pac Est
Méchanismes entre changements de hauteur d'inversion et
nuages bas retrouvés dans le 1D et le 3D.
Conclusions
I
Rétroaction positive des nuages controllée par la diminution de
la fraction nuageuse à 950mb.
I
Single Column Model capable de reproduire la prol nuageux
3D (present et futur) en ajoutant un forcage stochastique sur
ω dans le cas CGILS
I
Plus fort eet du changement de radiative cooling dans la
haute troposphere
I
Fort lien entre advection vertical de MSE au dessus de la
couche de nuages et la changement de nuages (changement de
la hauteur de la couche limite)
I
Possible remote eect qui aecterait le prol de MSE ?
Thank You