On the detection of the solar signal in the tropical stratosphere

Abstract

Investigamos sobre las erupciones volcánicas, El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), y la oscilación Casibianual (QBO) en la señal Casidecenal de la estratosfera tropical en relación con la temperatura y el ozono, comúnmente atribuido a un ciclo solar de 11 años. Con este fin, llevamos a cabo simulaciones transitorias con Whole Atmosphere Community Climate Model, aplicada al período 1960-2004 en ciclos solares de 11 años, sobre irradiación y diferentes combinaciones en otras realizaciones. Una técnica mejorada de regresión lineal múltiple se utiliza para diagnosticar la señal solar de 11 años en las simulaciones. La serie de simulaciones incluye todos los forzamientos observados, y por lo tanto se dirige a las observaciones estrechamente reproducidas. Tres conjuntos idealizados excluye la variabilidad ENSO, el forzamiento de aerosol volcánico; y los vientos estratosféricos tropicales QBO. Las diferencias en la respuesta solar derivada de la estratosfera tropical en los cuatro conjuntos al cuantificar el impacto de ENSO, las erupciones volcánicas y la QBO se atribuyen a los cambios cuasi-decenales del ciclo solar en las simulaciones del modelo. El nuevo enfoque de regresión muestra que la mayor parte del aumento de la temperatura y del ozono de la estratosfera inferior solar se deben a una indución aparente diagnosticada en las simulaciones con todos los forzamientos observados y con la que tienen que ver las dos grandes erupciones volcánicas (es decir, El Chichón en 1982 y el Monte Pinatubo en 1991). Esto es causado por la alineación de estas erupciones con períodos de alta actividad solar. Si bien, esto es posible para detectar una señal solar robusta en la estratosfera tropical media y alta, no lo es en el caso de la estratosfera inferior tropical, al menos en una simulación de 45 años. Los presentes resultados sugieren que en la estratosfera inferior tropical, la porción de la variabilidad decenal, que puede ser inequívocamente ligada al ciclo solar, podría ser más pequeña de lo que se pensaba.

We investigate the relative role of volcanic eruptions, El Niño–Southern Oscillation (ENSO), and the quasibiennial oscillation (QBO) in the quasi-decadal signal in the tropical stratosphere with regard to temperature and ozone commonly attributed to the 11 yr solar cycle. For this purpose, we perform transient simulations with the Whole Atmosphere Community Climate Model forced from 1960 to 2004 with an 11yr solar cycle in irradiance and different combinations of other forcings. An improved multiple linear regression technique is used to diagnose the 11yr solar signal in the simulations. One set of simulations includes all observed forcings, and is thereby aimed at closely reproducing observations. Three idealized sets exclude ENSO variability, volcanic aerosol forcing, and QBO in tropical stratospheric winds, respectively. Differences in the derived solar response in the tropical stratosphere in the four sets quantify the impact of ENSO, volcanic events and the QBO in attributing quasi-decadal changes to the solar cycle in the model simulations. The novel regression approach shows that most of the apparent solar-induced lower-stratospheric temperature and ozone increase diagnosed in the simulations with all observed forcings is due to two major volcanic eruptions (i.e., El Chichón in 1982 and Mt. Pinatubo in 1991). This is caused by the alignment of these eruptions with periods of high solar activity. While it is feasible to detect a robust solar signal in the middle and upper tropical stratosphere, this is not the case in the tropical lower stratosphere, at least in a 45yr simulation. The present results suggest that in the tropical lower stratosphere, the portion of decadal variability that can be unambiguously linked to the solar cycle may be smaller than previously thought.