The effects of aerosols on the response of a two-dimensional zonally-averaged climate model

Summary The response of climate processes to changes in aerosols is investigated using a two-dimensional zonally-averaged climate model. To account for the spatial and temporal heterogeneities of aerosol distributions, a strongly scattering maritime aerosol over ocean and a strongly absorbing rural aerosol over land are used in the layer between the surface and the 700 mb level. The effects of aerosols, gases and clouds on the radiative transfer are computed concurrently using a parameterized form of a two-stream approximation. Aerosols induce a reduction of the solar absorption at the surface and an enhancement of atmospheric absorption. The resulting changes in the climate model parameters are not only a function of the radiatively-active atmospheric constituents, but also of the amplifying or dampening effects of feedback processes employed in the model calculations. For the specified aerosol types and the optical thickness distribution given by Potter and Cess, the annual temperature change at the surface is –2.1 °C with ice-albedo feedback. Without ice-albedo feedback the corresponding value is –1.4 °C. In the present study aerosols produce a cooling effect in the atmosphere at all latitudes.

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Zusammenfassung Der Einfluß von unterschiedlichen Aerosolen auf Klimaprozesse wird mit Hilfe eines zweidimensionalen Klimamodells untersucht. Um die zeitliche und räumliche Variabilität von Aerosolverteilungen zu berücksichtigen, wird über dem Meer ein überwiegend streuendes Aerosol und über Land ein überwiegend absorbierendes Aerosol in der Schicht zwischen dem Erdboden und dem 700 mb Niveau betrachtet. Der Einfluß von Aerosolen, Gasen und Wolken auf den Strahlungstransport wird mit Hilfe einer parametrisierten Zweistromapproximation berechnet. Aerosole verursachen eine Reduzierung der solaren Absorption an der Erdoberfläche und eine Verstärkung der atmosphärischen Absorption. Resultierende Änderungen der Klimamodellparameter sind nicht nur eine Funktion der strahlungsaktiven atmosphärischen Bestandteile, sondern auch von verstärkenden oder dämpfenden Rückkopplungsprozessen. Für die hier benutzten speziellen Aerosoltypen und die Verteilung der optischen Dicke nach Potter and Cess ergibt sich eine Änderung in der Jahresmitteltemperatur von –2,1 °C unter Berücksichtigung des Eis-Albedo-Rückkopplungseffekts. Ohne diesen Mechanismus beträgt die entsprechende Temperaturänderung –1,4 °C. In der Atmosphäre ergibt sich ebenfalls eine Temperaturabnahme in allen Breiten.

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With 7 Figures