Variability of total ozone due to the NAO as represented in two different model systems

Abstract

To explain regional trends and long time variability of ozone the understanding and quantification of dynamical mechanisms influencing the zonal asymmetry of ozone is essential. Therefore we assess here the relationship between total ozone variability and the North Atlantic Oscillation (NAO), one of the dominant modes of variability in the European sector using two different model systems in conjunction with the same simplified ozone chemistry. One model is the Met Office Unified Model, which is a comprehensive general circulation model forced by prescribed sea-surface temperatures only. The other model is the chemistry-transport model SLIMCAT, which is driven by meteorological observations and therefore includes observed meteorological trends. The simplified ozone chemistry is based on the Cariolle scheme with an additional parameterization of polar ozone loss, but with no allowance for changing chlorine or aerosol levels. It is shown that the NAO signal in ozone during mid-winter is well represented in both model systems. Geopotential height correlations are used to explain the spatial pattern. It is demonstrated that composites of total ozone derived from the model integrations are capable of capturing the observed spatial characteristics as seen in TOMS data. Implications are drawn for NAO induced long time variability/regional trends of ozone. Zur ErklÄrung regionaler Trends und langzeitlicher VariabilitÄt des Totalozons benötigen wir ein VerstÄndnis und eine quantitative AbschÄtzung der dynamischen Mechanismen, die die zonale Asymmetrie des Ozons beeinflussen. Hierzu werden wir den Zusammenhang der OzonvariabilitÄt mit der nordatlantischen Oszillation (NAO) - eine der dominanten Moden der VariabilitÄt im europÄischen Sektor - in zwei unterschiedlichen Modellsystemen mit einer einfachen Ozon-Chemie untersuchen. Ein Modell ist das Unified Model des Met Office, ein umfassendes globales Zirkulationsmodell, das mit beobachteten MeeresoberflÄchentemperaturen angetrieben wird. Das Chemie-Transport Modell SLIMCAT wird dagegen mit beobachteten meteorologischen Daten angetrieben und beinhaltet daher auch dynamische Trends. Beide Modelle verwenden die sogenannte Cariolle-Chemie mit einer zusÄtzlichen Parameterisierung für polaren Ozonabbau, aber ohne Berücksichtigung sich Ändernder Chlor- oder Aerosolkonzentrationen. Wir werden zeigen, dass beide Modelle das NAO-Signal im Ozon wÄhrend des Winters gut reprÄsentieren. Unter Verwendung von Korrelationen zwischen NAO-Index und geopotentiellen Höhen werden die rÄumlichen Verteilungen charakterisiert. Ein Vergleich mit TOMS-Daten zeigt eine gute übereinstimmung mit den Modellergebnissen. Implikationen für NAO induzierte langzeitliche VariabilitÄt und regionale Trends im Ozon werden abschließend diskutiert.