MACESIZ Marint klima og økosystem den sesongvarierende is-sonen Ola M. Johannessen & Cathrine Myrmehl Nansen Senteret for Miljø og Fjernmåling http://www.nersc.no/macesiz/
Mål Utforske, kvantifisere og simulerer fortids-, nåtids- og fremtidige naturlige og menneskeskapte klimavariabilitet og endringer, og responsen på det marine økosystem i den sesongvarierende is-sonen (SIZ) i Grønlandshavet, Framstredet og Barentshavet. 13,200-11,200 år siden 30. januar 2007 År 2060-2080
Naturlig variabilitet vs. menneskeskapt O.M. Johannessen et al.
1) Hvilke marine klimaprosesser bestemmer variabilitet og endringer av den SIZ i Grønlandshavet, Fram-stredet og Barentshavet?
Forsterkning av turbulent miksing over Arktiske leder Strukturmessige endringer i den romlige fordelingen av turbulent miksing gir en fem-gangs forsterkning av turbulent blanding over kilometer-store leder Økning i varmetapet betyr forsterkning av isproduksjon og tykker is i det sentrale Arktis Dette er en lovende forbedring av dagens klimamodeller I. Esau
Kryosfære-klima vekselvirkninger Snø over land spiller en nøkkelrolle i klimasystemet, og en nedgang i snødekket gir en positiv tilbakemelding til global oppvarming Endringer i snødekket påvirker det Nord-Atlantiske og Arktiske klima, og atmosfæriske fjernforbindelser om vinteren Dedikerte multi-dekade AGCM Arpege simuleringer med reelt snødekke (satellittobservasjoner 1972-2000): Forbedret hindcast av Aleutian-Icelandic Low sen-vinters, i simuleringer justert mot observert snø. Forbedret potensiell prediktabilitet, men hovedsakelig over det nordlige Stillehav, pga påvirkning av det eurasiske snødekket Y. Orsolini, N.G. Kvamstø & S. Ma
Arktiske is-skyer Strålingsrolle Cirrus skyer er høye is-skyer, som dekker 20-30% av Jorden. Klimaeffektene av cirrus bestemmes av spredings- og absorbsjonsegenskapene til iskrystallene. En ny database med de optiske egenskapene til iskrystaller har blitt utviklet til bruk i strålingsberegninger. Atmosfærisk pådriv (RF) til Arktiske cirrus skyer (forskjellen mellom toppen av atmosfære strålingsflukser ved skyete vs. klare forhold) er beregnet Vi viste at RF er avhengig av solens høyde, atmosfæriske profil, overflate albedo, og skyenes optiske tykkelse (OD) En ny parameterisering av Arktisk cirrus har blitt utviklet for GCM. Flux difference (cloudy - clear), W/m2 20 15 10 5 0-5 -10-15 Radiative forcing (winter, snow) -20 30 40 50 60 70 80 90 Solar zenith angle OD=0.2 OD=0.5 OD=1.0 OD=1.5 T. Svendby, C.M. Lunde & O. Engelsen
Grønlandsisen endringer i masse balansen 5 cm/år 1992-2003 Rate of m ass increase (G t/year) 700 600 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 Krabill et al. (2000,2004) Davies et al.( 2001) Veligogna & Wahr (2005) Johannessen et al. (2005) Zwally et al. (2006) Rignot & Kanagaratnam (2006) Chen et al. (2006) Velicogna & Wahr (2006) Ramillien et al. (2006) Luthcke et al. (2006) -400-500 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 Observation period cm/year O.M. Johannessen et al.
2) Hva er responsen til det marine økosystem på klimavariabilitet og endringer i den SIZ?
Simulert mellom-årlig variabilitet i primær produksjon (g C m -2 ) i Barentshavet Størst årlig primær produksjon i Atlantisk vann, men høyest mellomårlig variabilitet (+/- 20%) i Arktisk vann, som bestemmes av isdekket gjennom tilgang på lys og redusert næringstilførsel ved sterk sjiktning. Varmeste år Kaldeste år P. Wassmann & M. Reigstad
Klimakjøring, midlere produksjon Trend: -1.1 gc m -2 dekade -1 eller 1.1% dekade -1 Trend: 0.036 gc m - 2 dekade -1 eller 3.6% dekade -1 Trend: -.1 gc m -2 dekade -1 eller 10% dekade -1 Atmosfæren kjøres med ECHAM/GCM, B2 scenario D. Slagstad & I. Ellingsen
3) Hvor godt er klima-prosesser som bestemmer variabiliteten i SIZ representert og simulert i klima- og økosystem-modeller?
Atmosfære: Vertikal oppløsning i BCM 4000 3500 Vertical Temperature profile DJF 90L1 PCL1 OBS hpa 500 550 600 31 lag 90 lag 3000 650 2500 700 2000 750 1500 800 1000 850 500 900 0 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 950 Den vertikale oppløsningen i BCM gir systematiske feil ved høye breddegrader For krevende med 90 lag Fremtidig ABL parameterisering bør forbedres 1000 PCL1 90L1 Ø. Byrkjedal, I. Esau & N.G. Kvamstø
Endringer i Arktisk atmosfærisk sirkulasjon om sommeren studier med BCM Endringer i stormbaner og atmosfæriske fjernforbindelser i scenariokjøringer, med fokus på den Arktiske sommer Flere studier av syklonaktivitet, og ekstreme synoptiske hendelser i simuleringer av global oppvarming gir ikke et konsistent bilde og fokuserer spesielt på vinteren. Våre funn: Store endringer i stormbaner over hav og stormintensiteten over Eurasia Flere sykloner langs den russiske Arktiske kyst Flere forbindelser av lav-frekvent variabilitet mellom Arktis og det nordlige Europa Midlere endringer om sommeren i høyerenivås sonale vinder og tetthet av syklonbaner (scenariokontroll) Y. Orsolini & A. Sorteberg
Validering av økosystemmodell og forenkling Sjiktning, vertikal miksing og isdekket er kritiske fysiske faktorer som regulerer primærproduksjon. Fysiske faktorer påvirker likeledes artssammensetningen av planteog dyreplankton som gir betydning for den vertikale karboneksporten. Primærproduksjon, vertikal miksing og beiting er viktige faktoer som regulerer den vertikale karboneksporten. For enkel økosystemmodell begrenser sterkt den vertikale eksporten. Synkehastigeheten til detritus er en svært følsom parameter for primær- produksjon, likeledes for vertikal eksport (regenerering vs. eksport). Vertikal transport i økosystemmodellen er fremdeles for lav. P. Wassmann & M. Reigstad
4) Hvordan responderte isdekket på fortids-klimaendringer og i hvilken grad er dagens klimaendringer i SIZ av naturlig eller menneskeskapt art? Photo: Morten Hald
Fortidens klimaendringer: Diatomer Transfer funksjoner: For sjøis er beregnet ved hjelp av 99 overflate sedimentprøver. CCA viser at en gruppe diatomerarter er sterkt forbundet med sjøis. Statistiske metoder har blitt brukt sammen med transfer funksjonen i tre perioder: Den siste istid (LGM) Den Yngre Dryas Holocene I alle tre periodene ga transfer funksjonen fornuftige resultat som indikerer at metoden basert på diatomer er god. Øst-Grønlandsstrømmen (EGC) over de siste 800 år: Sedimentkjerne MD99-2322: SST og sjøis-konsentrasjon har blitt rekonstruert ved hjelp av henholdsvis WA-PLS og ML som transfer funksjoner. Mellom 1300 og 1500 AD, er områder karakterisert ved kald SST og høye iskonsentrasjoner. Mellom 1500 og 1675 AD, er området karakterisert ved varmere SST og lavere sjøiskonsentrasjoner. Naturlig variabilitet av EGC ser ut til å være opptil 1 o C og 10% i sjøiskonsentrasjon. N. Koç & A. Justwan
Fortidens klimaendringer: Bentiske foraminifera Transfer funksjoner: Database med over 380 prøver. Ingen klare forhold mellom bentisk foraminifera og iskonsentrasjonen i april (vår): Indikerer at organismene er dårlige direkte indikatorer for sjøis i Barentshavet. Et svakt forhold ble observert mellom sjøtemperatur og bentisk foraminifera Arktisk oppvarming i den 20. århundre: Mikrofauna merker oppvarming. Oppvarming på 2.5 o C er observert over 1500-års perioden. En økning på 1.5 o C er påvist over det siste århundre. Bekrefter samsvar mellom proxymålinger og instrumentelle målinger L.J. Wilson, M. Hald & S. Korsun
5) I hvilken grad kan fremtidig is-dekke trekke seg tilbake eller forsvinne helt i dette århundre, og hva har dette å si for den marine økosystem i SIZ?
Fremtidig iskonsentrasjon Nedgang på 80% om sommeren Nedgang på 20% om vinteren (a) (c) (b) (d) O.M. Johannessen et al.
Klima scenario - økosystem Transport av Atlantisk vann inn i Barentshavet endres ikke. Temperaturen til vannet som strømmer inn i Barentshavet fra vest øker, og gir dermed et varmere Barentshav. Primærproduksjonen øker på grunn av mindre is. Arter av Atlantisk dyreplankton øker sin produksjon, mens produksjonen til Arktiske arter går ned. Den totale produksjonen av dyreplankton synker litt. D. Slagstad & I. Ellingsen
Når temperaturen øker, forventer man at mange arter vil spre seg nord- og østover (for eksempel kolmule) og tilsvarende mer gyting i nordlige områder. Økte forekomster av arter som torsk, sild, hyse og kolmule gjennom bedre rekruttering og vekst. 1981 Kaldt 1984 Varmt Endringer i fordelingen av kolmule med temperature. Dagens fordeling er lik 1984. J.E. Stiansen, K. Drinkwater & H. Loeng