Publication: Sudden Stratospheric Warmings and the Brewer-Dobson Circulation: diagnostics and interactions
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Publication Date
2018-10-31
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The polar winter stratosphere is dominated by strong thermally-driven westerly winds (Andrews et al. 1987). Every two years on average (Charlton and Polvani 2007), this polar vortex is disrupted by a Sudden Stratospheric Warming (SSW), whereby the polar stratosphere warms rapidly (McInturff 1978). SSWs are related with enhanced planetary wave (PW) activity reaching the polar stratosphere and depositing momentum to the zonal mean flow (Matsuno 1971). Also wave-driven, the Brewer-Dobson Circulation (BDC) is responsible for the equator-to-pole mass transport (e.g., Andrews et al. 1987), specially its deep branch, in the middle and upper stratosphere (Plumb 2002). SSWs and BDC are the most illustrative examples of the polar stratospheric variability. However, there are still open questions regarding their underlying processes, mutual interactions and the expected trends under climate change scenarios. Some of them are explored in this thesis.
Objectives: 1. To assess the discrepancies in SSW frequencies and signatures across different SSW definitions. 2. To understand how new model developments, and in particular the Turbulent Mountain Stress (TMS) parameterization influences SSW occurrence. 3. To explore the relationship between SSWs and the polar downwelling of the deep branch of the BDC. 4. To investigate the driving processes of the BDC and its future trends under climate change scenarios...
La estratosfera polar de invierno está dominada por vientos del oeste forzados térmicamente (Andrews et al. 1987). Cada dos años aproximadamente, este vórtice polar se ve perturbado por un calentamiento súbito estratosférico (SSW, del inglés) (Charlton and Polvani 2007) que produce un rápido aumento de la temperatura polar (Mcinturff 1978). Los SSWs se relacionan con un aumento de actividad de ondas planetarias (PW, del inglés) en la estratosfera polar que ceden momento al flujo medio (Matsuno 1971). La rama profunda de la circulación de Brewer-Dobson (BDC, del inglés) en la media y alta estratosfera (Plumb 2002), también forzada por ondas, es responsable del transporte de masa entre el ecuador y el polo (e.g., Andrews et al. 1987). Ambos fenómenos suponen los ejemplos más ilustrativos de la variabilidad de la estratosfera polar. Sin embargo, todavía hay preguntas abiertas sobre los procesos que los modulan, sus interacciones y sus posibles cambios en un clima futur o. Algunas de estas cuestiones son exploradas en esta tesis. Objetivos: l. Evaluar las característ icas de los SSWs y su robustez al aplicar diferentes definiciones de SSWs. 2. Entender cómo la parametrización TMS (del inglés , Turbulent Mountain Stress) afecta a la ocurrencia de SSWs en el modelo Whole Atmosphere Community Clima te Model (WACCM4). 3. Investigar la relación entre SSWs y la rama profunda polar de la BDC. 4. Caracterizar la climatología de la BDC en WACCM4 e investigar sus cambios en el futuro en diferentes escenarios de cambio climático...
La estratosfera polar de invierno está dominada por vientos del oeste forzados térmicamente (Andrews et al. 1987). Cada dos años aproximadamente, este vórtice polar se ve perturbado por un calentamiento súbito estratosférico (SSW, del inglés) (Charlton and Polvani 2007) que produce un rápido aumento de la temperatura polar (Mcinturff 1978). Los SSWs se relacionan con un aumento de actividad de ondas planetarias (PW, del inglés) en la estratosfera polar que ceden momento al flujo medio (Matsuno 1971). La rama profunda de la circulación de Brewer-Dobson (BDC, del inglés) en la media y alta estratosfera (Plumb 2002), también forzada por ondas, es responsable del transporte de masa entre el ecuador y el polo (e.g., Andrews et al. 1987). Ambos fenómenos suponen los ejemplos más ilustrativos de la variabilidad de la estratosfera polar. Sin embargo, todavía hay preguntas abiertas sobre los procesos que los modulan, sus interacciones y sus posibles cambios en un clima futur o. Algunas de estas cuestiones son exploradas en esta tesis. Objetivos: l. Evaluar las característ icas de los SSWs y su robustez al aplicar diferentes definiciones de SSWs. 2. Entender cómo la parametrización TMS (del inglés , Turbulent Mountain Stress) afecta a la ocurrencia de SSWs en el modelo Whole Atmosphere Community Clima te Model (WACCM4). 3. Investigar la relación entre SSWs y la rama profunda polar de la BDC. 4. Caracterizar la climatología de la BDC en WACCM4 e investigar sus cambios en el futuro en diferentes escenarios de cambio climático...
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Tesis de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Astrofísica y Ciencias de la Atmósfera, leída el 15/01/2018