Investigating the influence of stratospheric ozone trends on Southern Hemisphere hydrological climate change

• Main Author: Purich, Ariaan
• Other Authors: Jacques F Derome (Internal/Cosupervisor2), Seok-Woo Son (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Earth Sciences - Atmospheric Sciences; Antarctic; Austral; Southern Ocean; Antarc*; subarctique*
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=104826

Changes in stratospheric ozone have previously been linked to Southern Hemisphere (SH) circulation changes. This study examines output from coupled climate models participating in the Climate Model Intercomparison Project 3 (CMIP3) for trends in precipitation and evaporation in the 20th and 21st centuries to assess whether stratospheric ozone influences the hydrological cycle and extreme precipitation in the SH extratropics, particularly during austral summer. Nineteen models are used, of which 10 incorporated ozone depletion (recovery) in the 20th (21st) century, whilst nine simply prescribed climatological ozone in both past and future climates. Trends in seasonal-mean precipitation are found to dominate overall changes in precipitation minus evaporation. For the 20th century, models with ozone depletion show a significant increase (decrease) in summer precipitation in high latitudes (mid-latitudes) compared to models without ozone depletion. In contrast, for the 21st century, models without ozone recovery show significantly larger changes in summer precipitation in these regions compared to models with ozone recovery. No significant differences, however, are found in the two sets of models during austral winter when stratospheric ozone is inactive. These results suggest that Antarctic ozone depletion and recovery significantly modulates hydrological climate change in the SH extratropics, in agreement with findings of previous studies. It is further found that stratospheric ozone primarily affects the frequency of light precipitation events (1–10 mm day^−1 ), indicating that an increase in mean precipitation over the Southern Ocean corresponds to an increase in the number of light precipitation days rather than extreme events. Implications of this finding to the SH surface climate and Southern Ocean circulation changes are discussed. Les changements de concentration d'ozone stratosphérique ont été déjà reliés aux changements de la circulation dans l'hémisphère sud (HS). Ce travail examine les tendances dans la précipitation et l'évaporation pendant les 20ième et 21ième siècles, dans des simulations produites par des modèles climatique couplés qui participent au Climate Model Intercomparison Project 3 (CMIP3). Le but est de déterminer si l'ozone stratosphérique influence le cycle hydrologique et la précipitation extrême aux latitudes extra-tropicales de l'HS, pendant l'été austral en particulier. Dix-neuf modèles sont utilisés, où 10 d'entre eux incorporent l'épuisement (le rétablissement) d'ozone au 20ième (21ième) siècle et les neuf autres prescrivent simplement l'ozone climatologique (du 20ième siècle) pendant le passé et le futur. Les tendances des moyennes saisonnières de précipitation dominent les changements de l'évaporation moins la précipitation, alors c'est cette variable qui est examinée plus en détail. Pour le 20ième siècle, il y a une augmentation (diminution) de précipitation significative en été aux latitudes subarctique (latitudes moyennes) dans les modèles avec l'épuisement d'ozone comparé à ceux avec l'ozone climatologique. En contraste, pour le 21ième siècle, les changements de précipitation sont considérablement plus grands dans les modèles sans le rétablissement d'ozone que dans les modèles avec le rétablissement d`ozone. Pour l'hiver austral, quand l'ozone est inactif, il n'y a pas de différences entre les deux groupes de modèles. Ces résultats suggèrent que la diminution et rétablissement d'ozone dans l'Antarctique a des implications considérables pour le changement de climat hydrologique dans l'HS hors tropique, une conclusion atteinte dans d'autres travaux. En plus, on trouve que l'ozone stratosphérique affecte principalement la fréquence des évènements de précipitation légère (1–10 mm jour^-1), ce qui indique qu'une augmentation de la précipitation moyenne correspond à une augmentation du nombre de jours de précipitation légère, plutôt que d'évènements extrêmes. Les implications de ces conclusions pour le climat à la surface ainsi que pour les changements de circulation dans l'océan de l'HS sont discutés.