Project

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Understanding cloud responses to surface heat flux changes and their impact on the predictability of future climate

Applicant Rugenstein Maria
Number 175097
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution MPI, Max-Planck-Institut für Meteorologie
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Start/End 01.07.2018 - 31.12.2018
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All Disciplines (2)

Discipline
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Oceanography

Keywords (4)

surface heat flux patterns; climate sensitivity; cloud feedbacks; predictability

Lay Summary (German)

Lead
Verschiedene Rückkopplungsprozesse treten in Kraft, wenn das globale Klimasystem aus einem stabilen Grundzustand von externen Prozessen (z.B. CO2-Konzentrationsänderungen oder Schwanken der Solarkonstante) verändert wird. Die Stärke der Rückkopplungsprozesse beeinflussen wie schnell ein neues Gleichgewicht nach einer Störung zustande kommt. Bis vor circa zehn Jahren nahm man an, dass die Beschreibung der Rückkopplungsprozesse nahe eines stabilen Grundzustandes literarisiert werden könnte. Das ermöglicht eine einfache Vorhersage, wie der zukünftige Zustand des Klimasystems aussehen wird, wenn man die Stärke des Rückkopplungsprozesses kennen würde. Die Forschung der letzten Jahre tendiert zu der Annahme, dass Rückkopplungsprozesse von dem Grad des Ungleichgewichts abhängen, also nicht literarisiert werden sollten. Der zugrundeliegende Mechanismus ist vermutlich die räumlich-zeitliche Veränderung der Oberflächentemperatur, vor allem die des Ozeans.
Lay summary
Im vorliegenden Forschungsantrag erkläre ich, wie man die Abhängigkeit der Rückkopplungsprozesse — vor allem die der Wolken — von der Oberflächentemperatur und von der Wärmeaufnahme des Ozeans mit Hilfe von idealisieren Modellexperimenten studieren kann. Ich werde im Modell räumliche Muster der Temperature der Meeresoberfläche vorschreiben, die den internen Prozessen des Klimasystems ähneln. Die atmosphärische Erwärmung oder Abkühlung lassen sich dann anhand von Rückkopplungsmechanimen studieren. Sobald die Mechanismen besser verstanden sind, möchte ich anhand von Beobachtungen und Modellsimulationen testen, ob die vorherrschenden Mechanismen schon in den letzten 50 Jahren eine Rolle bei der Temperaturentwicklung gespielt haben könnten. Diese zwei Schritte helfen zukünftige Temperaturentwicklungen durch höheres Prozessverständnis genauer vorhersagen zu können. Das Ziel des Forschungsprojekts ist demnach sowohl grundlegendes Prozessverständnis, als auch rein praktische Verbesserung der Vorhersagequalität des globalen Klimasystems.  


Direct link to Lay Summary Last update: 30.04.2018

Responsible applicant and co-applicants

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
einzelne Forscher United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
American Geophysical Union Fall Meeting Talk given at a conference The perspectives on radiative feedbacks 10.12.2018 Washington, DC, United States of America Rugenstein Maria;
CFMIP Meeting on Clouds, Precipitation, Circulation, and Climate Sensitivity Talk given at a conference Defining feedbacks, while they change in time 16.10.2018 Boulder, United States of America Rugenstein Maria;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Max Planck Institut für Meteorologie Retreat Poster 22.11.2018 Nähe Hamburg, Germany Rugenstein Maria;


Abstract

A number of radiative feedbacks determine the response of the entire climate system to a perturbation, such as anthropogenic emissions of CO2. Cloud responses in particular are the most uncertain and least-well understood radiative feedback. Recently, whether global radiative feedbacks can be considered constant has been questioned. The idea that spatial patterns of sea surface temperature and surface heat fluxes influence the time evolution of the cloud radiative feedback is termed the “pattern effect”.I propose to first study local physical mechanisms of the “pattern effect” in selected idealized (aqua planet and slab ocean) models. I will then test the hypothesis that surface heat flux patterns are connected to -- forced or unforced, decadal to millennia time scale -- ocean heat uptake and release in comprehensive fully coupled general circulation models (research focus 1). Finally, I intend to use historical observed and reconstructed surface heat flux patterns to constrain comprehensive global climate models and test the realism of their simulated ocean-atmosphere interactions (research focus 2).The novelty of this project lies in its central claim, which questions a basic assumption of climate science, namely that radiative feedbacks are independent of ocean heat uptake. Understanding the pattern effect will result in either narrower predictions of the surface temperature evolution on decadal to millennia time scales or define limits to predictability of future climate states. As such, the outcome will be also significant to other research communities, which deal with the societal impacts of climate change and its mitigation. I chose two institutions to carry out the research: (1) The Max-Planck-Institute in Hamburg with the hosts Jochem Marotzke and Bjorn Stevens, guaranteeing access to a state of the art climate model and insights into its development. Further, the hosts are experts on ocean and cloud processes, respectively, thus, very helpful in understanding the coupling between the two climate system components. (2) The University of Reading with the host Jonathan Gregory offering close collaboration with a research group pursuing similar questions regarding the ocean’s influence on climate feedbacks. Dr. Gregory works with a complementary climate model, and thus will prevent too narrow of a focus on model dependent results and at the same time allow me to develop connections to a larger network of climate scientists.
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