1. A Positive Iris Feedback: Insights from Climate Simulations with Temperature-Sensitive Cloud–Rain Conversion
- Author
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Ryan Li, Alexey V. Fedorov, Trude Storelvmo, Yong-Sang Choi, Department of Geology and Geophysics [New Haven], Yale University [New Haven], University of Oslo (UiO), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), EWHA Womans University (EWHA), European Project: 8758005(1987), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)
- Subjects
Atmospheric Science ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,business.industry ,[PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph] ,Cloud computing ,010502 geochemistry & geophysics ,01 natural sciences ,chemistry.chemical_compound ,chemistry ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,13. Climate action ,Climatology ,Carbon dioxide ,Environmental science ,Climate sensitivity ,IRIS (biosensor) ,Temperature sensitive ,Climate model ,Current (fluid) ,business ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences - Abstract
Estimates for equilibrium climate sensitivity from current climate models continue to exhibit a large spread, from 2.1 to 4.7 K per carbon dioxide doubling. Recent studies have found that the treatment of precipitation efficiency in deep convective clouds—specifically the conversion rate from cloud condensate to rain Cp—may contribute to the large intermodel spread. It is common for convective parameterization in climate models to carry a constant Cp, although its values are model and resolution dependent. In this study, we investigate how introducing a potential iris feedback, the cloud–climate feedback introduced by parameterizing Cp to increase with surface temperature, affects future climate simulations within a slab ocean configuration of the Community Earth System Model. Progressively stronger dependencies of Cp on temperature unexpectedly increase the equilibrium climate sensitivity monotonically from 3.8 to up to 4.6 K. This positive iris feedback puzzle, in which a reduction in cirrus clouds increases surface temperature, is attributed to changes in the opacity of convectively detrained cirrus. Cirrus clouds reduced largely in ice content and marginally in horizontal coverage, and thus the positive shortwave cloud radiative feedback dominates. The sign of the iris feedback is robust across different cloud macrophysics schemes, which control horizontal cloud cover associated with detrained ice. These results suggest a potentially strong but highly uncertain connection among convective precipitation, detrained anvil cirrus, and the high cloud feedback in a climate forced by increased atmospheric carbon dioxide concentrations. Supplemental information related to this paper is available at the Journals Online website: https://doi.org/10.1175/JCLI-D-18-0845.s1. © 2019 American Meteorological Society. For information regarding reuse of this content and general copyright information, consult the AMS Copyright Policy (www.ametsoc.org/PUBSReuseLicenses).
- Published
- 2019