James Keeble, Birgit Hassler, Antara Banerjee, Ramiro Checa-Garcia, Gabriel Chiodo, Sean Davis, Veronika Eyring, Paul T. Griffiths, Olaf Morgenstern, Peer Nowack, Guang Zeng, Jiankai Zhang, Greg Bodeker, David Cugnet, Gokhan Danabasoglu, Makoto Deushi, Larry W. Horowitz, Lijuan Li, Martine Michou, Michael J. Mills, Pierre Nabat, Sungsu Park, Tongwen Wu, University of Cambridge [UK] (CAM), DLR Institut für Physik der Atmosphäre (IPA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [Oberpfaffenhofen-Wessling] (DLR), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES), University of Colorado [Boulder]-National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), University of Leicester, National Institute of Water and Atmospheric Research [Lauder] (NIWA), National Institute of Water and Atmospheric Research [Wellington] (NIWA), MOE Key Laboratory of Semi-Arid Climate Change, Lanzhou University, Bodeker Scientific, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Meteorological Research Institute [Tsukuba] (MRI), Japan Meteorological Agency (JMA), NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Stanford Center for Innovations in Learning, Stanford University, China Meteorological Administration (CMA), 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)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), 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)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Stratospheric ozone and water vapour are key components of the Earth system, and past and future changes to both have important impacts on global and regional climate. Here we evaluate long-term changes in these species from the pre- industrial (1850) to the end of the 21st century in CMIP6 models under a range of future emissions scenarios. There is good agreement between the CMIP multi-model mean and observations, although there is substantial variation between the individual CMIP6 models. For the CMIP6 multi-model mean, global total column ozone (TCO) has increased from ∼300 DU in 1850 to ∼305 DU in 1960, before rapidly declining in the 1970s and 1980s following the use and emission of halogenated ozone depleting substances (ODSs). TCO is projected to return to 1960s values by the middle of the 21st century under the SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP4-3.4, SSP4-6.0 and SSP5-8.5 scenarios, and under the SSP3-7.0 and SSP5-8.5 scenarios TCO values are projected to be ∼10 DU higher than the 1960s values by 2100. However, under the SSP1-1.9 and SSP1-1.6 scenarios, TCO is not projected to return to the 1960s values despite reductions in halogenated ODSs due to decreases in tropospheric ozone mixing ratios. This global pattern is similar to regional patterns, except in the tropics where TCO under most scenarios is not projected to return to 1960s values, either through reductions in tropospheric ozone under SSP1-1.9 and SSP1-2.6, or through reductions in lower stratospheric ozone resulting from an acceleration of the Brewer-Dobson Circulation under other SSPs. CMIP6 multi-model mean stratospheric water vapour mixing ratios in the tropical lower stratosphere have increased by ∼0.5 ppmv from the pre-industrial to the present day and are projected to increase further by the end of the 21st century. The largest increases (∼2 ppmv) are simulated under the future scenarios with the highest assumed forcing pathway (e.g. SSP5-8.5). Both TCO and tropical lower stratospheric water vapour show large variability following explosive volcanic eruptions.