Hemispherically asymmetric response of Hadley-cell edge to the CO2 removal scenario

Abstract

The poleward shift of the Hadley cell (HC) edge by global warming is widely documented. However, most previous studies have focused on the HC changes in response to the increasing CO2 forcing. We investigate the HC changes in response to the transient reversibility of the CO2 forcing by conducting a climate model experiment where CO2 concentration is systematically increased and then decreased in time. It is found that a poleward-shifted HC edge in a warm climate returns equatorward as CO2 concentration decreases, and the rate significantly differs between the two hemispheres. While the southern HC edge monotonically changes with CO2 concentration, the northern HC edge exhibits a super recovery, located on the equatorward side of the present-climate HC edge when CO2 concentration returns to the present level. Such a super recovery is associated with the hysteresis of the North Atlantic sea surface temperature. Our findings suggest that the HC edge change may result in the super recovery of subtropical dryness in the northern hemisphere.

전지구 수문 수지를 결정하는 중요한 역할을 하는 해들리셀 경계는 지구온난화에 따라 극방향으로 확장하는 것으로 알려져 있다. 기후 모형을 이용한 선행연구에서는 이산화탄소 증가에 따른 해들리셀 연구에 집중되어 왔다. 본 연구에서는 이산화탄소 증가 및 감소에 따른 남북반구 해들리셀 경계의 변화를 살펴보았다. 이를 위해 CESM1.2 모형을 이용하여 이산화탄소 농도를 2000년대 수준(367 ppm)에서 매년 1%씩 증가시킨 후 같은 비율로 감소시킨 시나리오를 분석하였다. 이산화탄소 농도 증가에 따라 남북반구 해들리셀 경계는 모두 극방향으로 이동하는 양상을 보였으나, 이산화탄소 농도 감소에 대해 남반구 해들리셀 경계는 느리게 반응하고 북반구 해들리셀 경계는 빠르게 반응하는 특징을 보였다. 그 결과 이산화탄소 농도가 원래 수준으로 돌아왔을 때 해들리셀의 경계는 남반구는 원래 위치로 돌아오지 못해 극방향에 머무른 반면, 북반구는 원래 위치를 지나 적도 방향에 위치하였다. 남북반구 해들리셀 경계의 비대칭적인 반응은 이산화탄소 감소 시기에 나타난 북반구 중위도 대류권 연직 바람시어의 급격한 변화에서 비롯된 것으로 확인되었다. 이는 이산화탄소 증감에 따른 해수면 온도의 반응 속도의 차이와 관련 있는 것으로 나타났다. 비롯된 북반구 중위도 대류권 연직 바람 시어의 급격한 변화에서 연관된 것으로 확인되었다. 이러한 남북반구 해들리셀 경계의 변화는 아열대 지역의 건조 기후의 가역성에도 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.