The role of forcings in 20 th century North - - PowerPoint PPT Presentation

The ¡role ¡of ¡forcings ¡in ¡20th ¡century ¡ ¡ North ¡Atlan6c-­‑Mediterranean ¡decadal ¡ variability ¡

Alessio ¡Bellucci1, ¡A. ¡Mario*3, ¡S. ¡Gualdi1,2 ¡

alessio.bellucci@cmcc.it1. ¡ ¡

1.e1. ¡CMCC ¡– ¡Centro ¡Euro-­‑Mediterraneo ¡sui ¡Cambiamen? ¡Clima?ci, ¡Bologna, ¡Italy ¡

• 2. ¡INGV ¡– ¡Is?tuto ¡Nazionale ¡di ¡Geofisica ¡e ¡Vulcanologia ¡, ¡Bologna, ¡Italy ¡
• 3. ¡NOAA ¡Climate ¡Program ¡Office, ¡Silver ¡Spring, ¡MD ¡

Mul?-­‑decadal ¡ variability ¡ is ¡ found ¡ in ¡ the ¡ Mediterranean ¡ region ¡ affec?ng ¡(e.g.) ¡SSTs ¡[Marullo ¡et ¡al., ¡2011],surface ¡air ¡temperature ¡ [Mario* ¡ & ¡ dell’Aquila, ¡ 2011], ¡ evapora?on ¡ [Mario*, ¡ 2011], ¡ coherent ¡with ¡the ¡Atlan?c ¡Mul?decadal ¡Oscilla?on ¡ ¡

[Marullo ¡et ¡al., ¡2011] ¡

¡Mediterranean ¡mul?-­‑decadal ¡variability ¡

[Mario*, ¡2010] ¡ Med ¡SST ¡

JJA ¡Ta ¡corr. ¡with ¡AMO ¡ [Mario* ¡& ¡dell’Aquila, ¡2011] ¡

However, ¡ini?alized ¡hindcasts ¡show ¡rela?vely ¡li]le ¡skill ¡improvement, ¡ compared ¡to ¡non-­‑ini?alized ¡externally-­‑forced ¡integra?ons. ¡ ¡ [Guemas ¡et ¡al., ¡2014] ¡

[Guemas ¡et ¡al., ¡2014] ¡ T2M: ¡ACC ¡Ini?alized-­‑Unini?alized ¡2-­‑5 ¡lead-­‑year ¡

¡Mediterranean ¡mul?-­‑decadal ¡variability ¡

[Guemas ¡et ¡al., ¡2014] ¡ T2M: ¡ACC ¡Ini?alized-­‑Unini?alized ¡2-­‑5 ¡lead-­‑year ¡

¡Mediterranean ¡mul?-­‑decadal ¡variability ¡

Role ¡of ¡forcings ¡on ¡the ¡20th ¡C ¡mul?-­‑decadal ¡variability? ¡

A ¡hierarchy ¡of ¡CMIP5 ¡historical ¡integra6ons ¡ under ¡different ¡forcing ¡condi6ons. ¡ ¡

FORCINGS: ¡ Natural: ¡Volcanoes, ¡Solar ¡ Anthropogenic: ¡GHG, ¡Anthrop. ¡Aerosols, ¡ ¡ Land ¡Use ¡Changes, ¡Ozone ¡

HISTORICAL ¡ HISTMISC ¡ Anthropogenic ¡ HISTMISC ¡ NoAA ¡ NATURAL ¡ ANTHROPOGENIC ¡ ANTHROPOGENIC ¡

• nly ¡

NATURAL ¡ ANTHROPOGENIC ¡ NO ¡Ant. ¡Aerosols ¡

A ¡hierarchy ¡of ¡CMIP5 ¡historical ¡integra6ons ¡ under ¡different ¡forcing ¡condi6ons. ¡ ¡

ONLY ¡MODELS ¡PROVIDING ¡A ¡MINIMUM ¡3-­‑MEMBER ¡ENSEMBLE ¡WERE ¡RETAINED ¡FOR ¡THE ¡ ANALYSIS ¡SO ¡AS ¡TO ¡FILTER-­‑OUT ¡THE ¡INTERNAL, ¡UNFORCED ¡VARIABILITY ¡SIGNAL. ¡

69 ¡ 53 ¡ 14 ¡

• ENS. ¡

SIZE ¡

OBS ¡(HadISST) ¡ HISTORICAL ¡MME ¡ ¡ Model ¡Members ¡

Mediterranean-­‑Atlan6c ¡mul6-­‑decadal ¡SST ¡ ¡ variability ¡in ¡HIST ¡CMIP5 ¡simula6ons ¡

HIST ¡MME ¡MEAN ¡PERFORMED ¡OVER ¡13 ¡MODELS ¡(69 ¡MEMBERS) ¡SHOWS ¡RESIDUAL ¡ MULTI-­‑DECADAL ¡VARIABILITY, ¡HIGHLY ¡COHERENT ¡WITH ¡THE ¡OBSERVED ¡RECORD. ¡

North ¡Atlan?c ¡SSTA ¡ Mediterranean ¡SSTA ¡

(1930-­‑1950) ¡− ¡(1960-­‑1980) ¡composite ¡ ¡

OBS ¡ HIST ¡MME ¡ ¡ (69-­‑mem.) ¡ ¡ Mid-­‑20thC ¡cooling ¡pa^ern ¡reveals ¡ a ¡“comma ¡shaped” ¡ ¡AMV-­‑like ¡structure ¡ with ¡an ¡amplified ¡subpolar ¡response ¡ consistent ¡across ¡HIST ¡and ¡OBS. ¡

(1930-­‑1950) ¡− ¡(1960-­‑1980) ¡composite ¡ ¡

OBS ¡ HIST ¡MME ¡ ¡ (69-­‑mem.) ¡ ¡ Mid-­‑20thC ¡cooling ¡pa^ern ¡reveals ¡ a ¡“comma ¡shaped” ¡ ¡AMV-­‑like ¡structure ¡ with ¡an ¡amplified ¡subpolar ¡response ¡ consistent ¡across ¡HIST ¡and ¡OBS. ¡

The ¡purely-­‑forced ¡response ¡(MME) ¡ ¡ accounts ¡for ¡the ¡observed ¡mid-­‑20C ¡ cooling: ¡but ¡what ¡kind ¡of ¡forcing ¡is ¡ that? ¡natural ¡vs ¡anthropogenic? ¡

“Natural ¡or ¡anthropogenic ¡ forcing ¡?” ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

Histmisc ¡“Anthropogenic” ¡Ensemble: ¡ two ¡behavioral ¡clusters ¡

ANTHROPOGENIC-­‑A ¡ ANTHROPOGENIC-­‑B ¡

• ¡Within ¡the ¡ANTHROPOGENIC ¡ensemble ¡a ¡large ¡model-­‑to-­‑model ¡

uncertainty ¡exists: ¡a ¡mid-­‑20C ¡cooling ¡is ¡detected ¡under ¡purely-­‑anthropogenic ¡ forcing ¡condi?ons, ¡but ¡only ¡in ¡a ¡sub-­‑set ¡of ¡models ¡

27 ¡ 26 ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

HISTORICAL ¡ ANTHROPOGENIC-­‑A ¡ ANTHROPOGENIC-­‑B ¡

Histmisc ¡“Anthropogenic” ¡Ensemble: ¡ two ¡behavioral ¡clusters ¡

• ¡Thus, ¡mid-­‑20C ¡cooling ¡found ¡in ¡HIST ¡simula?ons ¡is ¡largely ¡determined ¡

by ¡ANT ¡forcings. ¡Late ¡19th/Early ¡20th ¡century ¡variability ¡more ¡likely ¡ ¡ a]ributable ¡to ¡NATURAL ¡forcings. ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

OBSERVATIONS ¡ HISTORICAL ¡ ANTHROPOGENIC-­‑A ¡ ANTHROPOGENIC-­‑B ¡

Histmisc ¡“Anthropogenic” ¡Ensemble: ¡ two ¡behavioral ¡clusters ¡

• The ¡phase-­‑mismatch ¡between ¡simulated ¡and ¡observed ¡

mid-­‑20C ¡cooling ¡persists ¡even ¡under ¡ANT ¡forcings ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

ANTHROPOGENIC-­‑B ¡ ANTHROPOGENIC-­‑A ¡ HISTORICAL ¡ OBSERVATIONS ¡

HISTORICAL ¡ ANTHROPOGENIC-­‑A ¡ ANTHROPOGENIC-­‑B ¡

WARM ¡[1930-­‑1950] ¡− ¡COLD ¡[1960-­‑1980] ¡composite ¡pa^erns ¡ ¡

Models ¡belonging ¡to ¡“Cluster-­‑B” ¡ANTHROPOGENIC ¡simula6ons ¡(green ¡curve) ¡show ¡a ¡pa^ern ¡ bearing ¡strong ¡similari6es ¡with ¡HISTORICAL ¡and ¡OBS ¡(comma-­‑shaped ¡structure ¡& ¡subpolar ¡ ¡basin ¡amplified ¡response) ¡

“If ¡it ¡were ¡anthropogenic….what ¡kind ¡

• f ¡anthropogenic ¡would ¡that ¡be?” ¡

OBS ¡(HadISST) ¡ HISTORICAL ¡ ¡ NoAA ¡(*) ¡

Did ¡ the ¡ anthropogenic ¡ aerosols ¡ determine ¡ the ¡ mid-­‑20th ¡century ¡cooling? ¡

(*) ¡NoAA: ¡Same ¡forcings ¡as ¡HISTORICAL ¡but ¡without ¡Anthropogenic ¡Aerosols ¡ Aker ¡removing ¡the ¡Anthropogenic ¡Aerosols ¡forcings, ¡the ¡simulated ¡SSTs ¡do ¡not ¡show ¡ the ¡mid20-­‑Century ¡cooling ¡anymore, ¡but ¡only ¡a ¡monotonic ¡increase ¡with ¡6me. ¡ Same ¡models ¡ used ¡in ¡HIST ¡ and ¡NoAA ¡to ¡ allow ¡a ¡fair ¡ comparison ¡

CONCLUSIONS ¡

• The ¡MME ¡mean ¡of ¡69 ¡HISTORICAL ¡simula6ons ¡display ¡mul6-­‑decadal ¡SST ¡variability ¡over ¡the ¡

N.Atlan6c-­‑Mediterranean ¡area, ¡coherent ¡with ¡the ¡OBS ¡20th ¡century ¡record, ¡indica6ng ¡the ¡ influence ¡of ¡non-­‑sta6onary ¡forcings. ¡ ¡

• ¡The ¡MME ¡anomaly ¡map ¡associated ¡with ¡the ¡mid-­‑20th ¡century ¡SST ¡“dip” ¡features ¡a ¡comma-­‑

shaped ¡ structure ¡ over ¡ the ¡ N. ¡ Atlan6c ¡ domain, ¡ encompassing ¡ the ¡ Mediterranean, ¡ and ¡ a ¡ subpolar ¡enhanced ¡response, ¡consistent ¡with ¡OBS. ¡

• ¡A ¡subset ¡of ¡the ¡HISTMISC ¡simula6ons ¡performed ¡with ¡ ¡ANTHROPOGENIC-­‑only ¡ ¡forcings ¡

reproduce ¡a ¡forced ¡response ¡bearing ¡strong ¡resemblance ¡with ¡the ¡HISTORICAL ¡pa^ern. ¡

• ¡An ¡analysis ¡of ¡the ¡NoAA ¡integra6ons ¡suggests ¡that ¡the ¡observed ¡mid-­‑20C ¡mul6-­‑decadal ¡SST ¡

fluctua6ons ¡over ¡the ¡N ¡Atl-­‑Med ¡region ¡may ¡be ¡forced ¡by ¡anthropogenic ¡aerosols. ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

Natural ¡Forcings ¡ +Internal ¡ Anthropogenic ¡ Aerosols ¡ 20C ¡AMV ¡resul?ng ¡from ¡a ¡combina?on ¡of ¡ ¡different ¡drivers ¡

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 −0.5 0.5 1

Anthropogenic ¡ Aerosols ¡

“A ¡Frankenstein-­‑AMV?” ¡

Natural ¡Forcings ¡ +Internal ¡

ENS1: ¡13 ¡mod. ¡69 ¡mem. ¡

−0.5 −0.3 −0.1 −0.025 0.025 0.1 0.3 0.5

90° W 60° W 30° W 0° 30° E 0° 15° N 30° N 45° N 60° N 75° N

−0.5 −0.3 −0.1 −0.025 0.025 0.1 0.3 0.5

90° W 60° W 30° W 0° 30° E 0° 15° N 30° N 45° N 60° N 75° N

−0.5 −0.3 −0.1 −0.025 0.025 0.1 0.3 0.5

90° W 60° W 30° W 0° 30° E 0° 15° N 30° N 45° N 60° N 75° N

−0.5 −0.3 −0.1 −0.025 0.025 0.1 0.3 0.5

90° W 60° W 30° W 0° 30° E 0° 15° N 30° N 45° N 60° N 75° N

HIST ¡ HIST ¡ OBS ¡ OBS ¡ Warm(30-­‑50)-­‑Cold(60-­‑80) ¡ Warm(30-­‑50)-­‑Cold(00-­‑20) ¡