Forecasting sea surface temperatures. for the Norwegian Sea. some years ahead. Nansen Environmental and Remote Sensing Center

Transkript

1 Forecasting sea surface temperatures for the Norwegian Sea some years ahead Helene R. Langehaug, researcher Nansen Environmental and Remote Sensing Center Bjerknes Centre for climate research 25 NOVEMBER 2015

2 Fish stocks respond to variations in ocean temperature Atlantic Water temperature Cod!"##$%&'!$%("%)$%&)*$%("%)+,-,)

3 Outline Part 1: Background Ocean circulation and temperature of Atlantic Water in the Norwegian Sea Part 2: Forecasting Forecasting sea surface temperature in the Norwegian Sea 3

4 The origin of warm Atlantic Water; carried by the main currents northward Inflow of Atlantic Water influence the Norwegian Coastal Current In this talk we will focus on Atlantic Water 4

5

6 A vertical section cutting through the Norwegian Sea A layer of warm Atlantic Water Continental slope 6

7 How can the temperature of Atlantic Water change? Atmosphere cools the ocean surface Cold water from the Arctic Ocean Warm water from the Atlantic 7

8 How can the temperature of Atlantic Water change? Explain 50% of the changes from year to year Can have strong influence in combination with wind changes Ocean Dominate changes on longer timescales (10 years periods) 8

9 Ocean circulation influences the inflow of warm water into the Norwegian Sea Subpolar Gyre Subtropical Gyre Sea surface temperature Source: NOC from Met Office OSTIA data

10 Why is it sometimes colder or warmer than normal in the Norwegian Sea? Takes about 3-4 years for the change to be seen outside Svalbard Warmer than normal in early 60 s, 70 s, 90 s, and before/after 2000 Temperature changes can be seen all the way from England to Svalbard 10

11 Outline Part 1: Background Ocean circulation and temperature of Atlantic Water in the Norwegian Sea Part 2: Forecasting Forecasting sea surface temperature in the Norwegian Sea 11

12 72 o N 63 o N 54 o N 45 o N 36 o N 20 o E 60 o W How often do we see large temperature changes in the Norwegian Sea? 0 o 40 o W 20 o W Winter SST [C o ] Changes in the sea surface temperature the last ~60 years % anomalous SST (standardized) 5 = 5 5;<= 5;9= 5;>= 5<== 5=== <== = Warmer than normal in early 60 s, 70 s, 90 s, and before/after 2000 (a change is seen every 10 years or so)! 12 Hadley Centre data *"+,-./$%&0#)

13 What is needed to forecast changes in sea surface temperature? IPCCAR5,

14 Predicting sea surface temperatures in the northern Norwegian Sea Prediction Observations Warm ocean Cold ocean Model is corrected with ocean observations; model must start from a realistic climate a warm or cold ocean 14

15 Can climate models predict changes in sea surface temperature? ~7 years after starting the prediction One climate model Poor skill model is not able to predict Good skill model is able to predict This climate model suggests promising results for the Norwegian Sea

16 However, there a large differences in skill from one model to another ~8 years after starting the prediction One climate model Poor skill model is not able to predict Good skill model is able to predict This climate model do not show promising results for the Norwegian Sea

17 When will we reach the goal of useful predictions for the Norwegian Sea? We see promising results for the Norwegian Sea However, researcher are today working with the following challenges to reach the goal: Large errors in the climate models Limited amount of observations Poor techniques to correct models with observations Cold water from the Arctic Atmosphere cools the ocean surface Ocean Lack understanding of important processes in the ocean Warm water from the Atlantic 17

18 For 100 år siden visste vi ikke at vi ville bli så avhengige av værvarselet som vi er i dag. Kanskje det samme gjelder for havvarsling om 100 år så vet vi gjerne ikke hva vi skulle gjort uten havvarselet? Thank you! 18 DEBATT ONSDAG 4. NOVEMBER 2015 BERGENSAVISEN HAVVARSEL: Det er fortsatt et stykke igjen for å komme i mål med havvarsling, skriver Helene R. Langhaug i dette innlegget. De mektige isfjellene ved Ilulissat på Grønland smelter nå nedenfra. Det kan få store konsekvenser for økningen i havnivået og havtemperatur, frykter forskere. FOTO: NTB SCANPIX Tenk om vi ikke hadde værvarsling INNLEGG Helene R. Langehaug Forsker ved Bjerknessenteret or 100 år siden hadde vi ikke værvarsel som vi har i dag. Det ble F isteden brukt forskjellige værtegn. Man så for eksempel på mengden rognebær for å kunne si noe om vinterens snøfall, eller man så etter om sauene beveget seg ned fra fjellet da kunne et lavtrykk være i anmarsj. Men i dag er vi nordmenn helt avhengige av værvarselet. Og på samme måte som italienerne snakker om mat, så snakker vi ustoppelig om dagens vær, morgendagens vær, og neste helgs værutsikter. Men hva med havet? Kan man varsle endringer i havet? Ville det ikke vært fantastisk om en krøllet værmelder (eller som på TV2; flott ung dame eller mann) kunne stått på skjermen og sagt: om fem år vil Norskehavet på vinterstid bli 1 grad varmere enn nå. Hva ville dette havvarselet betydd for oss nordmenn? Kunne vi planlagt en båttur om fem år med stort håp om å fange mer tropisk-lignende fiskearter i Norskehavet? I dag jobber vi forskere med å forstå hvordan vi kan produsere havvarsel noen år frem i tid, for eksempel fem år frem i tid. Vi synes det veldig spennende å følge med på utviklingen og se hvor langt vi kan nå. Om man kunne varslet havtemperaturen i Norskehavet ville fiskenæringen, energisektoren på kysten og langs kontinentalsokkel, og ellers annen industri som er avhengig av havet, fått et unikt forsprang til å forberede seg på fremtidige endringer i havet. Et havvarsel noen år frem i tid gjør samfunnet bedre rustet til å takle eventuelle klimaendringer ved for eksempel å varsle en geografisk forflytning av bestemte fiskearter som følge av temperaturendringer i havet. Dette vil være av stor betydning og gi økonomisk gevinst for fiskenæringen langs Norgeskysten. "For 100 år siden visste vi ikke at vi ville bli så avhengige av værvarselet som vi er i dag. Kanskjedet samme gjelder for havvarsling - om 10 år så vet vi gjerne ikke hva vi skulle gjort uten havvarselet. Å varsle endringer i havtemperaturen utenfor Norge noen år fremover i tid er ikke umulig (!) At dette i det hele tatt er mulig kan virke utrolig med tanke på at dagens værvarsel kun strekker seg en knapp uke frem i tid. Grunnen er ikke så komplisert. Været fra dag til dag sitter i atmosfæren, som er kaotisk og har hukommelse som en gullfisk. Havet, derimot, bærer på det store minnet i klimaet vårt. Havet husker for eksempel at noe spesielt skjedde i atmosfæren for mange år tilbake. Dette er grunnen til at forskere ser for seg at havet eller Golfstrømmen kan bringe med seg et minne fra tropene og nordover til våre havområder. Minnet kan for eksempel være uvanlig varme eller kalde vannmasser. I forskningen har man tidligere observert uvanlige varme og kalde temperaturer i havområdet utenfor Irland, og videre har man sett at disse signalene har flyttet seg nordover i samme retning som forlengelsen av Golfstrømmen inn i våre havområder. I løpet av en tre års periode kan vi se signalet igjen aller lengst nord i Norskehavet eller i Framstredet utenfor Svalbard. Hvis denne forflyttingen av varme eller kalde vannmasser langs Norskekysten skjer igjen og igjen, så gir det gode muligheter for å kunne forutsi endringer i havtemperaturen langs kysten hvis man vet hva som skjedde lenger sør. Vi forskere snakker om at denne forflyttingen er en kilde til prediktabilitet, eller forutsigbarhet. Dagens versjon av klimamodeller gir et hint om at det er mulig å kunne varsle havtemperaturen noen år frem i tid. Og det er akkurat dette jeg, sammen med fire andre forskere, har studert nærmere i tre ulike klimamodeller. For å sjekke om modellene kan varsle havtemperaturen noen år frem i tid, så er vi nødt til å gå tilbake i tid. Vi må sammenligne hva modellene varsler med hva som faktisk har blitt observert. La oss si at modellene starter å simulere klimaet fra 1980 og deretter 10 år fremover i tid. Helt essensielt her er at modellene må starte fra et så korrekt klima som mulig. Med det menes at havtemperaturen i modellene må være den samme som den faktiske observerte havtemperaturen i 1980, som for eksempel uvanlig varme vannmasser utenfor Irland. Vi finner at en av modellene klarer til en viss grad å gjenskape svingningene, om det blir kaldere eller varmere, i havtemperaturen langs store deler Norgeskysten noen år etter at simuleringen startet. De to andre modellene hinter mot det samme, men bare for deler av kysten. Klimamodeller forsøker å simulere klimaet vårt ved matematiske og fysiske formler, som løses på såkalte superdatamaskiner. Klimaet som modellene simulerer består hovedsakelig av atmosfæren (hvor vårt hurtigendrende vær utspiller seg), havet (hvor de langsomme endringene finner sted), kryosfæren (den frosne delen av jorden overflate, som havis, snø og de store iskappene på Grønland og Sørpolen) og vegetasjon (planteliv på jord). Klimamodellene er meget ulike i sin oppbygning, selv om alle har det samme ønsket om å simulere det faktiske klimaet så riktig som mulig. De er utviklet på ulike måter ved ulike forskningsinstitutt rundt om i verden, og oppdateres kontinuerlig for å bedre simulere klimaet vårt. Det er fortsatt et godt stykke igjen for å komme helt i mål med havvarsling. Et nødvendig spørsmål å stille seg er: er modellene riktige av riktige årsaker eller gale årsaker? Den ene av de to modellene har nemlig et klima som er langt kaldere enn dagens klima, med et sjøisdekke så vidstrakt over våre havområder som vi aldri har sett tidligere. Så igjen, ja, mulighetene er der, og modellene viser indikasjoner på dette, men så langt er modellene sprikende i sine svar om fremtiden for Norskehavet. Så i forskningen er det fortsatt mye å gjøre for å fullt ut forstå hvordan klimamodellene våre på best mulig måte kan skape brukbare havvarsel. For 100 år siden visste vi ikke at vi ville bli så avhengige av værvarselet som vi er i dag. Kanskje det samme gjelder for havvarsling om 100 år så vet vi gjerne ikke hva vi skulle gjort uten havvarselet?! 18

19 In case someone is interested in further reading References 1 Rahmstorf, S., 2006: Thermohaline Ocean Circulation. In: Encyclopedia of Quaternary Sciences, Edited by S. A. Elias. Elsevier, Amsterdam. 2 Mork, K. A., Ø. Skagseth, V. Ivshin, V. Ozhigin, S. L. Hughes, and H. Valdimarsson (2014), Advective and atmospheric forced changes in heat and fresh water content in the Norwegian Sea, , Geophys. Res. Lett., 41, , doi: /2014gl Website of the Institute of Marine Research ( Havforskningsinstituttet ) and the Research Council of Norway 4 Eldevik, T., J. E. Ø. Nilsen, D. Iovino, K. A. Olsson, A. B. Sandø, and H. Drange, 2009: Observed sources and variability of Nordic seas overflow. Nat. Geosci., 2, Stijn De Schepper et al. Early Pliocene onset of modern Nordic Seas circulation related to ocean gateway changes, Nature Communications (2015). DOI: /ncomms Read more at: 7 Nilsen JEØ, Falck E (2006) Variations of mixed layer properties in the Norwegian Sea for the period Progress in Oceanography 70: doi: 8 Årthun M, Eldevik T (2015) On Anomalous Ocean Heat Transport toward the Arctic and Associated Climate Predictability. Journal of Climate. doi: 9 Hátún H, Sandø AB, Drange H, Hansen B, Valdimarsson H (2005) Influence of the Atlantic Subpolar Gyre on the Thermohaline Circulation. Science 309: Holliday NP, Hughes SL, Bacon S, Beszczynska-Möller A, Hansen B, Lavín A, Loeng H, Mork KA, Østerhus S, Sherwin T, Walczowski W (2008) Reversal of the 1960s to 1990s freshening trend in the northeast North Atlantic and Nordic Seas. Geophysical Research Letters 35. doi: /2007GL Häkkinen S, Rhines PB, Worthen DL (2011) Warm and saline events embedded in the meridional circulation of the northern North Atlantic. Journal of Geophysical Research: Oceans 116. doi: /2010JC Meehl et al. (2009) Decadal predictions. Can it be skillful? American Meteorological Society. 13 IPCC (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker TF, Qin D, Plattner GK, Tignor M, Allen SK, Boschung J, Nauels A, Xia Y, Bex V, Midgley PM (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp, doi: /cbo Klima I Norge 2100, utgitt I. Hanssen-Bauer, E.J. Førland, I. Haddeland, H. Hisdal, S. Mayer, A. Nesje, J.E.Ø. Nilsen, S. Sandven, A.B. Sandø, A. Sorteberg og B. Ådlandsvik 19