Vulkanische Eruptionen in hohen Breiten im Norwegian Earth System Model: Die Auswirkungen unterschiedlicher Anfangsbedingungen und der Ensemblegröße

Große vulkanische Eruptionen haben starke Auswirkungen auf sowohl die atmosphärische als auch die ozeanische Dynamik, die Jahrzehnte andauern können. Numerische Modelle haben versucht, die Auswirkungen großer vulkanischer Eruptionen auf das Klima nachzubilden; jedoch gibt es bemerkenswerte intermodale Uneinigkeiten sowohl in der kurzfristigen dynamischen Reaktion auf vulkanische Einflüsse als auch in der langfristigen ozeanischen Entwicklung. Das Fehlen eines robusten simulierten Verhaltens hängt mit verschiedenen Aspekten zusammen, von der Modellformulierung über die simulierte Hintergrund-Innenvariabilität bis zu den Details der Eruption. Hier verwenden wir das Norwegian Earth System Model Version 1, um interaktiv die vulkanische Aerosolbelastung zu berechnen, die sich aus den SO2-Emissionen der zweitgrößten vulkanischen Eruption in der historischen Zeit (der Laki-Eruption von 1783) ergibt. Wir verwenden zwei verschiedene Ansätze, die in der Literatur häufig austauschbar verwendet werden, um Ensembles zu generieren. Die Ensembles starten von unterschiedlichen Hintergrundinitialzuständen, und wir zeigen, dass die beiden Ansätze auf kurzen Zeitskalen (<1 Jahr) nicht identisch sind, wenn es darum geht, die vulkanischen Auswirkungen auf das Klima zu unterscheiden, abhängig vom Hintergrundinitialzustand, in dem die simulierte Eruption stattfand. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass vulkanische Eruptionen die Variabilität des Oberflächenklimas verändern (im Allgemeinen erhöhen) wenn Aerosole realistisch mit der Zirkulation interagieren: Simulationen mit festem vulkanischem Aerosol zeigen keine signifikante Veränderung der Variabilität des Oberflächenklimas. Unsere Simulationen heben auch hervor, dass die Veränderung der Klimavariabilität keine lineare Funktion der Menge des injizierten vulkanischen Aerosols ist. Wir geben dann eine vorläufige Schätzung der erforderlichen Ensemblegröße an, um ein gegebenes vulkanisches Signal der Oberflächentemperatur von der natürlichen internen Variabilität auf regionaler Ebene zu unterscheiden: Mindestens 20–25 Mitglieder sind notwendig, um signifikant saisonal gemittelte Anomalien von 0,5 °C zu erkennen; jedoch ist bei Fokus auf Nordamerika und im Winter eine höhere Anzahl an Ensemblemitgliedern (35–40) erforderlich.