Global atmospheric energetics under present and future climate conditions

Abstract

An evaluation of the global atmospheric energetics is presented in the framework of the basic decomposition into the zonal mean and eddy components, the zonal wavenumber decomposition, and the three-dimensional normal mode decomposition. An extension to the normal mode energetics formulation is also presented in the study, which enables the explicit evaluation of the conversion rate between available potential energy and kinetic energy along with their generation and dissipation rates, in both the zonal wavenumber and vertical mode domains. In addition, it has been proposed an extended energy cycle diagram describing the flow of energy among the zonal mean and eddy components, and also among the barotropic and baroclinic components. The energetics is first assessed for three reanalysis datasets and five state-ofthe- art climate models simulations representing the present climate conditions. It is performed a comparative analysis between the observationally based energetics and that based on the climate models' simulations. In order to appraise possible changes in the atmospheric energetics of a future climate scenario relative to that of the present climate conditions, the analysis is extended using the datasets simulated by the same five climate models for a future climate scenario experiment, as defined in the Special Report on Emissions Scenarios (SRES) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Apresenta-se uma avaliação da energética da atmosfera global, segundo a decomposição básica nas componentes média zonal e das perturbações, a decomposição no domínio do número de onda zonal, e a decomposição em modos normais tridimensionais. A formulação da energética em modos normais é estendida, de modo a permitir o cálculo explícito das taxas de conversão de energia potencial disponível em energia cinética, bem como das suas taxas de geração e dissipação, nos domínios do número de onda zonal e vertical. Além disso, é proposto um novo diagrama para o ciclo da energia na atmosfera, estendido de modo a descrever o fluxo da energia nas componentes média zonal e das perturbações, e nas componentes barotrópica e baroclínica. A energética é calculada com base em três conjuntos de dados das reanálises e em dados simulados por cinco modelos climáticos recentes, os quais são considerados como representações das condições do clima presente. Seguese uma análise comparativa dos resultados da energética obtidos com base nos dados observados (reanálises) e simulados. De modo a estimar possíveis alterações na energética da atmosfera num cenário de clima futuro relativamente às condições de clima actual, a análise é estendida usando as simulações efectuadas pelos mesmos cinco modelos climáticos para um cenário de clima futuro, tal como definido no Relatório Especial dos Cenários de Emissões do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas.