The effect of ozone photochemistry on atmospheric and surface temperature changes due to increased CO₂, N₂O, CH₄ and volcanic aerosols in the atmosphere

Abstract

A coupled 1‐D radiative‐convective and photochemical diffusion model is used to study the influence of ozone photochemistry on changes in the vertical temperature structure and surface climate resulting from the doubling of atmospheric CO₂, N₂O, CH₄ and increased stratospheric aerosols owing to the El Chichón volcanic eruption. It is found when CO₂ alone is doubled, that the total ozone column increases by nearly 6% and the resulting increase in the solar heating contributes a smaller temperature decrease in the stratosphere (up to 4 K near the stratopause level). When the concentration of CO₂, N₂O and CH₄ are simultaneously doubled, the total ozone column amount increases by only 2.5% resulting in a reduced temperature recovery in the stratosphere. Additional results concerning the effect of the interaction of ozone photochemistry with the stratospheric aerosol cloud produced by the El Chichón eruption show that it leads to a reduction in stratospheric ozone, which in turn has the effect of increasing the cooling at the surface and above the cloud centre while causing a slight warming below in the lower stratosphere.

Résumé

On utilise un modèle unidimensionnel (1‐D) associant le rayonnement et la convection à la diffusion de la photochimie pour étudier l'influence de la photochimie de l'ozone sur le changement de la structure du profil vertical de la température et le climat en surface résultant des valeurs doublées du CO₂, N₂O, CH₄ et de l'accroissement des aérosols stra‐tosphériques provenant de l'éruption volcanique d'El Chichón. On trouve que lorsque seul le CO₂ double, la colonne de l'ozone totale augmente d'environ 6 % et que l'accroissement du réchauffement solaire résultant, apporte un décroissement plus faible dans la température dans la stratosphère (atteignant 4 K près du niveau de la stratospause). Lorsqu'on double simultanément les concentrations du CO₂, N₂O, et de CH₄, la valeur de la colonne de l'ozone totale n'augmente que de 2,5 % seulement, résultant en un réajustement plus faible de la température de la stratosphère. L'étude des résultats se rapportant à l'effet de l'interaction de la photochimie de l'ozone et du nuage d'aérosol stratosphérique généré par l'éruption d'El Chichón, montre que celui‐ci cause une diminution de l'ozone dans la stratosphère qui à son tour cause un refroidissement plus élevé à la surface et au dessus du centre du nuage tout en causant un faible réchauffement au dessous de la stratosphère inférieure.