 | Dietmüller S. Relative Bedeutung chemischer und physikalischer Rückkopplungen in Klimasensitivitätsstudien mit dem Klima-Chemie-Modellsystem EMAC-MLO: Diss. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2011. - vi, 123 p.: ill. - (Forschungsbericht; 2011-19). - Bibliogr.: p.113-121. - ISSN 1434-8454
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1 Einleitung ................................................... 1
2 Theorie ...................................................... 7
2.1 Strahlungsantrieb, Rückkopplungen und
Klimasensitivität ....................................... 7
2.1.1 Strahlungsantrieb und Klimaresponse .............. 7
2.1.2 Klimasensitivität und Klimarückkopplungen ....... 11
2.2 Methoden der Rückkopplungsanalyse ...................... 15
2.2.1 Traditionelle CRF-Methode ....................... 15
2.2.2 Stuber-Methode .................................. 16
2.2.3 'Partial Radiative Perturbation'-Methode ........ 16
2.3 Chemische Grundlagen ................................... 17
2.3.1 Ozonchemie der Stratosphäre ..................... 17
2.3.2 Chemische Wasserdampfproduktion in der
Stratosphäre .................................... 18
2.3.3 Ozonchemie der Troposphäre ...................... 19
2.4 Klima-Chemie-Wechselwirkungen .......................... 20
3 Modellbeschreibung .......................................... 23
3.1 Globales Zirkulationsmodel ECHAM5 ...................... 23
3.2 Klima-Chemie-Modellsystem EMAC ......................... 24
3.3 Chemiemodul MECCA ...................................... 28
3.4 Beschreibung der Emissionsdaten ........................ 29
3.5 Modellkonfiguration EMAC/MLO ........................... 30
3.6 Zusätzliche Diagnosetools .............................. 30
4 Durchgeführte Klimagleichgewichtssimulationen ............... 33
4.1 Referenzexperimente .................................... 33
4.2 Klimagleichgewichtssimulationen mit erhöhten
CO2-Konzentrationen .................................... 35
4.3 Klimagleichgewichtssimulationen mit erhöhten NOx-
und CO-Emissionen ...................................... 36
5 Alternative Trennung von Strahlungsantrieb und
-rückkopplung ............................................... 39
5.1 Gregory-Approximation .................................. 39
5.2 Gregory-Approximation in
Klimagleichgewichtssimulationen mit EMAC/MLO ........... 42
5.3 Kritische Betrachtung der Gregory-Approximation ........ 46
6 Klimagleichgewichtssimulationen mit erhöhten
CO2-Konzentrationen ......................................... 49
6.1 Response strahlungsaktiver Gase im
CO2 Verdoppelungsexperiment ............................ 49
6.1.1 Ozon ............................................ 49
6.1.2 Methan und Lachgas .............................. 54
6.2 Response und Responseänderung ausgewählter
physikalischer Parameter ............................... 55
6.2.1 Temperatur ...................................... 55
6.2.2 Wasserdampf ..................................... 57
6.3 Chemisch bedingte Strahlungsrückkopplungen ............. 59
6.3.1 Strahlungsrückkopplung von Ozon ................. 59
6.3.2 Strahlungsrückkopplung von Methan und
Lachgas ......................................... 64
6.3.3 Strahlungsrückkopplungsänderung von
Wasserdampf ..................................... 64
6.4 Linearität chemischer Rückkopplungen in weiteren
CO2-Erhöhungssimulationen .............................. 67
6.5 Einordnung chemischer Rückkopplungen ................... 68
7 Klimagleichgewichtssimulationen mit erhöhten NOx- und
CO-Emissionen ............................................... 71
7.1 Response und Responseänderung strahlungsaktiver
Gase ................................................... 71
7.1.1 Ozon ............................................ 71
7.1.2 Methan und Lachgas .............................. 79
7.2 Response und Responseänderung ausgewählter
physikalischer Parameter ............................... 82
7.2.1 Temperatur ...................................... 82
7.2.2 Wasserdampf ..................................... 84
7.3 Chemische bedingte Strahlungsrückkopplungen ............ 87
7.3.1 Strahlungsrückkopplung von strahlungsaktiven
Gasen ........................................... 87
7.3.2 Strahlungsrückkopplungsänderung von
Wasserdampf ..................................... 88
7.4 Zusammenfassung der Strahlungsrückkopplung in allen
Erhöhungsexperimenten .................................. 89
8 Klimasensitivität im Klima-Chemie-Modellsystem .............. 91
8.1 Klimasensitivität in CO2-Erhöhungsexperimenten ......... 91
8.2 Runaway-Greenhouse-Effekt .............................. 94
8.3 Klimasensitivität in NOx- und
CO-Erhöhungsexperimenten ............................... 95
8.4 Diskussion der Ergebnisse .............................. 96
9 Zusammenfassung und Ausblick ................................ 99
Anhang ........................................................ 105
Literaturverzeichnis .......................................... 113
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