Blir termohalin sirkulasjon svekket eller stimulert av ferskvannseksport fra Arktis?

Like dokumenter
Variabiliteten i den Atlantiske Thermohaline Sirkulasjon

IPCC, From emissions to climate change

Regionale vannstandsendringer

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

Kjell Arne Mork, Francisco Rey, Henrik Søiland

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

Klimavariasjoner i Norskehavet gjennom de siste tiårene

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

GYRO MED SYKKELHJUL. Forsøk å tippe og vri på hjulet. Hva kjenner du? Hvorfor oppfører hjulet seg slik, og hva er egentlig en gyro?

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Generalization of age-structured models in theory and practice

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

Oppgavesett kap. 6 (3 av..) GEF2200

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

Framsenteret skal omfatte et Nasjonalt kompetansesenter for is og klima - ICE

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

Slope-Intercept Formula

Hundre år i Norskehavet

Emneevaluering GEOV272 V17

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

Eiendomsverdi. The housing market Update September 2013

Trigonometric Substitution

Oppgaver i GEOF100, høst 2014

Oppgave. føden)? i tråd med

Neural Network. Sensors Sorter

Ukesoppgaver GEF1100

melting ECMI Modelling week 2008 Modelling and simulation of ice/snow melting Sabrina Wandl - University of Linz Tuomo Mäki-Marttunen - Tampere UT

Klima i Norge 2100 Kunnskapsgrunnlag for klimatilpassing

Løsningsforslag til oppgaver fra gruppetime 3. november.

Forecast Methodology September LightCounting Market Research Notes

UNIVERSITETET I OSLO

Monteringsprosedyre for Soundstop - lydmatte

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Kan vi stole på klimamodellenes profetier for Arktis?

SERVICE BULLETINE

Perpetuum (im)mobile

Hvor finner vi flått på vårbeiter? - og betydning av gjengroing for flåttangrep på lam på vårbeite

HONSEL process monitoring

Arktisk e-navigation: Polarkoden og andre utfordringer i nord veien videre?

stjerneponcho for voksne star poncho for grown ups

European supply and demand for Cod and Haddock

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Å modellere fremtidens klima

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene.

2A September 23, 2005 SPECIAL SECTION TO IN BUSINESS LAS VEGAS

ICE-senteret ved Norsk Polarinstitutt: prosesstudier på breer, sjøis og i havet.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

The regulation requires that everyone at NTNU shall have fire drills and fire prevention courses.

Forskningsrådets rolle som rådgivende aktør - innspill til EUs neste rammeprogram, FP9 og ERA

Profile handbook. for

Sitronelement. Materiell: Sitroner Galvaniserte spiker Blank kobbertråd. Press inn i sitronen en galvanisert spiker og en kobbertråd.

Ole Isak Eira Masters student Arctic agriculture and environmental management. University of Tromsø Sami University College

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 6 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

Eksamensoppgave i GEOG1005 Jordas naturmiljø

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

Baltic Sea Region CCS Forum. Nordic energy cooperation perspectives

PIM ProsjektInformasjonsManual Tittel: REDUKSJON AV FLUORIDEKSPONERING I ALUMINIUMINDUSTRIEN INKLUDERT GRUNNLAG FOR KORTTIDSNORM FOR FLUORIDER

Strategy for the Northern Areas Development of R&D and Forecasting

GEOV219. Hvilket semester er du på? Hva er ditt kjønn? Er du...? Er du...? - Annet postbachelor phd

Nansen Environmental and Remote Sensing Center. Vann og mat konferansen, Grand, 18. oktober 2012 Jan Even Øie Nilsen

Merak Un-glazed Porcelain Wall and Floor Tiles

Justeringsanvisninger finnes på de to siste sidene.

Dagens tema: Eksempel Klisjéer (mønstre) Tommelfingerregler

Presentasjon på FAGSEMINAR FORNYBAR ENERGI I SOGN OG FJORDANE. Høgskulebygget i Sogndal fredag 18.januar kl

PARABOLSPEIL. Still deg bak krysset

1 Øvelse Dynamic Mercy 1 Exercise Dynamic Mercy

STILLAS - STANDARD FORSLAG FRA SEF TIL NY STILLAS - STANDARD

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 9

GEO1030 og GEF1100: Fjordtokt oktober

Skog som biomasseressurs: skog modeller. Rasmus Astrup

1,5 grader eller 2 grader spelar det noko rolle?

Klimaendringer og klimarisiko. Borgar Aamaas For Naturviterne 10. november 2016

Globale klimaendringers påvirkning på Norge og Vestlandet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

The effects of change in climate and irrigation practice on the water resources in Kizilirmak River Basin, Turkey.

HAVFORSKINGSINSTITUTTETS TERMOGRAFSTASJONER. Hydrografiske normaler og langtidsvariasjoner i norske kystfarvann mellom 1936 og 2000.

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

Independent Inspection

Utstyr for avstandsmåling. Dommersamling 14. mars 2015 Stein Jodal

Gruppe 5: Klimamodellering og analyse. Nils Gunnar Kvamstø David B. Stephenson

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Figur 0.1. Faste oseanografiske snitt og stasjoner. Fixed oceanographic sections and stations.

SVM and Complementary Slackness

Klima på nordlige bredder - variasjoner, trender og årsaksforhold. Sigbjørn Grønås, Geofysisk institutt, UiB

Satellite Data for Marine Climate Monitoring Purposes

Elektronisk termostat med spareprogram. Lysende LCD display øverst på ovnen for enkel betjening.

Fortidens klima: Naturlige endringer i Golfstrømmen de siste årene

Software applications developed for the maritime service at the Danish Meteorological Institute

REMOVE CONTENTS FROM BOX. VERIFY ALL PARTS ARE PRESENT READ INSTRUCTIONS CAREFULLY BEFORE STARTING INSTALLATION

Marmi Plus One. Sleek, Essential, Stunning

Transkript:

Blir termohalin sirkulasjon svekket eller stimulert av ferskvannseksport fra Arktis? Peter M. Haugan 1,2 1 Geofysisk Instittutt, Universitetet i Bergen 2 Bjerknessenteret for klimaforskning Konklusjon: Den kan faktisk bli styrket! Disposisjon: Termohalin sirkulasjon Drivkrefter og energiomsetning knyttet til sirkulasjonen Betydningen av isfrysing og smelting Presentasjonen benytter resultater fra kolleger i NOClim/ProClim, men bruk av resultater og tolkning er upublisert, og kan være kontroversielt. www.gfi.uib.no, www.bjerknes.uib.no www.noclim.org inkludert NOClim/ProClim-prosjekter

Utgangspunktet Tilførsel av tilstrekkelig mye ferskvann til havet på høye breddegrader vil føre til stopp i havets varmetransport. fra Broecker (1987, Nature,Vol. 328, side 123-126): "Earths climate does not respond to forcing in a smooth and gradual way. Heat is steadily carried northward, as on a conveyor belt, by the ocean circulation. The circulation system is driven by salt. Stommels to-boks modell (1961): To velblandede bokser Ferskvannstransport via atm. Sterk føring på temperatur Svak føring på saltholdighet Enkel strømningslov q ds dt 1 = H + q ( S ) 2 S ds2 1 = H q ( S2 S1) dt [ α( T T ) + ( S )] = k( ρ1 ρ 2 ) = k 2 1 β 1 S2

Våre områder Nordboksen (boks 1) kan taes som området nord for Grønland-Skottland

Termohalin sirkulasjon og brå klimaendringer Boksmodeller kan oppvise brå tilstandsendringer snudd sirkulasjon. Også mer kompliserte klimamodeller viser mye av det samme på tross av at de inkluderer vind, topografi, virvler

Energibetraktninger og kritikk fra litteraturen Dypvann konsumeres på lavere breddegrader ved vertikal blanding eller diffusjon. Dette involverer øket potensiell energi i tyngdefeltet siden tungt vann må løftes og erstattes av lettere vann i dypet. Altså må det tilføres mekanisk energi som kan konverteres til potensiell energi gjennom turbulens. Energikildene for dette arbeidet har vært estimert (Sjøberg & Stigebrandt, 1992, Munk & Wunsch, 1998, Gade & Gustafsson, 2004) og skyldes i hovedsak tidevannsstrømmers vekselvirkning med topografi samt vind. Siden tidevannet er deterministisk og ikke avhengig av klimavariasjoner så lenge havnivå og topografi holdes konstant, vil det være en rimelig slutning at den totale styrken av global termohalin dypvannssirkulasjon er tilnærmet konstant i tid. Den kanskje mest fundamentale kritikken av loven ligger implisitt i Nilsson og Walin (2001). De viser at hvis man foretar en skalerings-analyse med variabelt dyp av det varme ekvatorielle laget (øverste del av boks 2) og der diffusiv blanding mellom øvre og nedre del er basert på konstant tilførsel av blandingsenergi, får man en strømningslov som går som ( 1-2 ) -1/3, altså med negativt fortegn på eksponenten!

Diskusjon - andre aspekter Ferskvann fra ekvatorielle områder via atmosfæren til land, isbreer og havet i nord tenkes altså å legge et lokk over dyphavet, hindre vertikal kommunikasjon og dermed ekvator-pol varmetransport. Men ferskvannstilførsel til havoverflaten kan også skje ved smelting av havis. Havis fryser og smelter hvert år i tillegg til å ha langsiktige variasjoner i volum og transport. Hvilke effekter har denne isproduksjonen og smeltingen? Dynamiske prosesser i havet ser ikke forskjell på ferskvann fra den ene eller andre kilden, men

Arctic Ocean coastal polynyas supply the basins with dense deep water help maintaining the Arctic halocline Exported dense water contributes to the meridional overturning circulation Storfjord

UNIS Longyearbyen

Storfjorden polynya April 6 2001

NOClim/ProClim-arbeid i Storfjord Fokus på produksjon og eksport av tungt vann langs bunn. Bruker satellitt-observasjoner av polynya-åpning, vind, temperatur m.m. til å estimere isproduksjon og iseksport. Kombinerer dette med observasjoner av salt i is og salt i vann til å estimere saltholdighet og volum av produsert tungt, kaldt, saltholdig vann -> tung komponent i termohalin sirkulasjon Altså: Jo større isproduksjon jo sterkere termohalin sirkulasjon. Men dette medfører også eksport av is som senere smelter og gir ferskvann.

Formation of brine-enriched shelf water (BSW) Fast Ice Storfjorden Polynya Pack Ice Surface advection through the sounds (Arctic) 78 N Di ff us io n / co nv ec tio n Diffusion / convection Bri ne rel eas e du rin g fre ezi ng Brine release during freezing Di ff us io n / co nv ec tio n Diffusion / convection Surface advection (Polar Front Water) Advection from South South (AW) Out-flow Sill 77ºN Brine enriched shelf water ERS-2 SAR Interpretation (Modified from Haarpaintner, Gascard & Haugan, JGR, 2001)

Observed areal fractions Fast ice (white) Polynya (black) Pack ice (grey) during 5 winters from ERS-2 SAR November May Haarpaintner et al. (JGR, 2001): Winter 98 Haarpaintner et al. (Annals of Glaciol., 2001): Winters of 98 and 99 Area in percent of total [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Fast ice 10 Polynya Pack ice 0 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 Time 8/11 26/5 2001 2002 Skogseth et al. (JGR, 2004): 4 winters from 98-2001, revised model and 32 year simulation Skogseth et al. (AGU Monograph, 2005): 5 winters including 2002

Simple polynya model Approach: Satellite observations are used to describe polynya width defined by distance from shore to pack ice. A wind driven polynya width model is matched to the observations using winds from a nearby weather station. Opening and closing factors for the model are found. An accompanying wind and heat flux driven open water width model is used to distinguish open water (frazil ice) zone from thin ice zone within polynya. Total ice freezing within polynya region (and in pack ice/fast ice regions) over the whole Storfjord basin is computed. [Nilsen, Weigel & Skogseth (in prep. 2006): 7 winters including 2004, show that opening factor is closely related to wind stress curl and regional ice conditions in the Barents Sea]

Observed BSW salinity Varies interannually by more than 1, winter 2002 is the most saline. [Model also gives highest salt release in 2002.]

Polynya and open water width models Polynya width PW, Open water width OW (in polynya), Wind U n, B 1 = 0.02, B 2 = 0.04: PW n = PW + A ϕ ϕ ) B U cos( ϕ ) t n 1 ( n 0 1 n n ϕ0 h OW = + n B2 U n cos( ϕ n ϕ 0 ) t OW n 1 1 hc h f = F ρ f net L s t f A: open/close factor ϕ 0 : preferred direction ϕ n : actual wind direction h c : collection thickness h c = (1.0m + 0.1s U n )/15 Frazil ice growth, F net from full heat budget H H t, n 2 1 1 0.129m K s = θ 2H + 13.1hs + 0. 168m = A t, n 1 ( H + H ) + A h t, n 1 A t, n t, n o, n 1 f Growth of thin (H t ) and fast/pack ice (H fp ), θ: freezing-degree-seconds, h s : snow thickness (only for fast/pack ice) Mass conservation of thin ice, Areas given as (Width) x (Length= 48 km)

Salt release from modeled ice production and observed surface salinity Most in winter 2002 Least in winter 1999 About 1-1.5 Mt of released mass of salt each year Assuming 69% immediate release during freezing and 10 % from aging while still in basin

Termohalin sirkulasjon i Storfjorden

May 2001

Tap av tilgjengelig potensiell energi ved nedsynking Freshened surface water ρ ρ H s Assume same area and thickness of layers with light and dense water ρ H Brine-enriched water ρ + ρ H s

Tap av tilgjengelig potensiell energi ved nedsynking H s H P = P2 P1 = g ρ zdz ρ zdz= g ρh s(h H s) 0 H Hs Extraction of all salt from 1m water with salinity of 35 gives a density decrease of 28 kgm-3 in the 1m layer or correspondingly smaller if distributed over larger thickness Hs. If the ocean depth H is 4000m, the energy lost becomes 106 Jm-2. For a layer thickness Hs of 100m the reduction in energy per volume becomes 104 Jm-3 which is one order of magnitude larger than the global mean available potential energy (Huang, 2005). For the deep ocean area at 4000m depth, it is smaller than the global mean available potential energy per volume. If the process occurs over an area similar to the ice cover in the Arctic of 107 km2, the total potential energy loss during one annual cycle becomes 1019 J which is about 1% of the total world ocean inventory estimated by Huang

Sea ice related thermohaline circulation Latent heat polynya Storfjorden, Svalbard: Both dense and light water/ice is exported freely order 10 times per year. Reference water compensating the outflow is Arctic Water in the NW Barents Sea (Skogseth et al., 2004, 2005). Arctic: Ice and freshwater export notably through Fram Strait, dense water must overspill ridge and may be restricted. Compensating reference water is Atlantic Water (AW). Antarctic: Freshened water may be trapped along the continent, dense water escapes freely. Compensating reference water is Warm Deep Water (WDW).

Discussion Consumption of available gravitational potential energy with respect to an incompressible homogeneous reference state will in reality be accompanied by an increase in available internal energy since cold water is more compressible than compensating upward flowing warm water (Huang, 2005). The required pure freshwater export is 3-4 times larger than measured Fram Strait ice export. The strength of the total ice freeze-melt cycle therefore seems realistic since we include also liquid water from internal freeze-melt cycles. However, mechanisms for exchange with reference water are required. Baroclinic geostrophic transport along the front is not sufficient. Entrainment in gravity currents would not change the energy budget when the reference is homogeneous. In reality, higher temperatures of reference water will induce a heat transport even if the effect of temperature on density may be negligible.

Conclusions Freezing and melting of sea ice is crucial to buoyancy forcing of polar oceans, in contrast to dominance of heat flux elsewhere. The annual freeze-melt cycle in itself (as distinct from the mean latitudinal gradient in temperature or heat balance) can drive thermohaline circulation. Limitations on dense water production occur if meltwater is restricted from exchange in summer so that starting salinity in fall is low. Thus, the export of sea ice and eventually southward transport of meltwater away from dense water formation areas is the main bottleneck for the strength of this thermohaline circulation. So ice export from the Arctic may limit deep mxing further south but it is a sign of strong dense water formation in the Arctic itself.

B i B [m 2 s -3 ] Ice growth Ice export h [m] B c 1/2B i Cooling Onset of freezing t 1/2 t [s]