Evaluation of the Hadley circulation in the present and future climate simulations of the CMIP6

Abstract

Hadley circulation (HC), which is in the tropics, is a large-scale overturing circulation. The HC plays a role transporting energy and momentum to the poles. We examine the performance of the HC in the climate models, Korean Meteorological Administration Advanced Community Earth system model (K-ACE), focusing on the intensity and range. Comparing with the observed HC, the overall features are well depicted. Nevertheless, in the K-ACE, a little dislocated Northern Hemispheric HC is exhibited, and the HC in the Southern Hemisphere (SH) has weak intensity about 20% than the observed HC. The differences of the intensity and range are able to be accounted eddy momentum and heat fluxes and diabatic heating. Under the Shared Socioeconomic Pathway 5-Representative Concentration Pathway 8.5 scenario, the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) including the K-ACE project a widening and weakening HC. Although, this projection consists with previous research, the K- ACE and several models show exaggerated widening of the SH HC. We examine the over- expanding SH HC by applying modal decomposition of HC variability.;해들리 순환은 저위도 각 반구에 위치한 대규모 순환으로, 강도와 범위는 지역기후에 광범위한 영향을 미친다. 따라서 기후 모델의 해들리 순환 모의성능과 예측은 미래기후변화 대비에 대하여 중요성을 가진다. 이러한 해들리 순환은 지난 40년 동안 고위도 지역으로 점차 팽창되는 경향을 보였다. 본 연구에서는 과거 및 미래 기후에서 국립기상과학원에서 개발한 K-ACE (Korean Meteorological Administration Advanced Community Earth System Model) 를 이용하여, 과거 및 미래 기후에서 해들리 순환의 강도와 정도를 평가하였다. 관측된 실제 해들리 순환과 비교한 결과, 북반구 순환은 관측보다 남쪽에 위치하며, 남반구 순환의 강도는 약 20% 과소 평가되는 것으로 조사되었다. 이러한 강도와 범위의 차이는 편향된 에디 운동량과 열속 및 비단열과 관련이 있는 것으로 나타났다. SSP5-8.5 시나리오에서 모의된 미래 해들리 순환은 이전 기후모델들과 마찬가지로 약화되고 확대되는 경향을 보인다. 미래 기후에서 K-ACE 는 다중 모델 평균의 예상 범위보다 과대 확장된 남반구 순환을 보였다. 이러한 해들리 순환 확장은 약 80%의 변동성을 설명하는 3개의 주요 EOF 모드의 추세 변화의 합으로 재구성이 가능하였다. 모델별 확장의 차이는 추세 패턴을 나타내는 주요 모드의 영향이 주된 것으로 조사되었으며, 이는 성층권 오존의 역할을 강조한 기존 연구와 다르게 열대 대양에서의 변화가 해들리 순환 확장 모의에 미치는 영향이 중요함을 제시한다.