Inflow of Warm Deep Water on the Antarctic Continental Shelves

I en verden der majoriteten av befolkningen lever langs kysten, er det knyttet stor bekymring til havnivåstigning som følge av den observerte fortynningen av de Antarktiske isbremmene, og en mulig kollaps av den Vest-Antarktiske iskappen. Nyere tids reduksjon av bre-is i Antarktis er hovedsakelig knyttet til smelting fra undersiden av de flytende isbremmene, som følge av tilgjengelig varme fra havet. WARM tok sikte på å kvantifisere innstrømmingen av varmt dypvann over kontinentalsokkelen rundt Antarktis, og bidraget dette vannet gir til smelting av de flytende isbremmene. Prosjektet søkte også å øke kunnskapen og forståelsen av mekanismer som gir innstrømming, samt hvordan disse mekanismene kan knyttes til stor-skala pådrag. For å oppnå disse målene, benyttet vi en kombinasjon av observasjoner og høyoppløselige idealiserte regionale havmodeller fra tre fundamentalt forskjellige lokaliteter langs det Antarktiske kontinent: Det sentrale Amundsenhavet, det sørlige og det østre Weddelhavet. I løpet av prosjektet har vi (1) utviklet, analysert og publisert resultater fra en idealisert modellframstilling av det sørlige Weddelhavet; (2) fullført utviklingen av to høyoppløselige regionale modeller av Weddelhavet; (3) analysert modellresultater fra CMIP5 (4) Analysert og publisert måledata fra Weddelhavet; (5) Gjennomført observasjoner i Amundsenhavet og publisert de første resultatene fra disse dataene (6) vært aktive innen formidling; og (7) Sendt inn og forsvart en doktorgradsavhandling (K. Daae, 2018). 1. En idealiserte modell er benyttet til å simulere sirkulasjon og innstrømming av varmt dypvann langs kontinentalskråningen og i den tversgående Filchnerrenna. Modellresultatene er publisert i JGR (Daae et al, 2017), og antyder at deler av strømmen langs kontinentalskråningen resirkuleres over Filchner-terskelen. Vi har videre utviklet en modell som beskriver sesongvariasjonen av termoklinen i Weddell-gyren (Hattermann, 2018). 2. To høyoppløselige regionale modelloppsett er utviklet: ROMS og FVCOM. FVCOM er brukt til sensitivitetsstudier av tidevann i et modelloppsett med ny og oppdatert batymetri under Filchner-Ronne-isbremmen (Rosier et al, 2018). Modelloppsettet for det sørlige Weddellhavet basert på ROMS ble ferdigstilt våren 2017, og de første resultatene ble presentert i et foredrag av R. Mueller på WAIS arbeidsmøte 2017. Vi klargjør nå en publikasjon som omhandler varmetransport opp på kontinentalsokkelen i det sørlige Weddellhavet (Daae et al, in prep). 3. Vi har analysert modellresultater fra CMIP5 for å forstå de underliggende mekanismene som kan føre til dramatiske framtidsscenarioer, som beskrevet av Helmer et al (2012, 2017). Resultatene fra denne analysen vil bli brukt til å studere sensitivitet til smelteraten under Filchner-Ronne-isbremmen i vår regionale ROMS-modell. 4. Varmt vann fra det åpne havet ble høsten 2013 observert helt sør ved Filchner-isbremmen. Den sørlige strømmen av varmt vann er sterkt knyttet til vind, der sterk vind langs kysten øker transporten av varmt vann sørover (Darelius et al, 2016, Nat. Comms.). Videre analyser av måledata i området viser at 1) det er sesongvariasjon i strømmen på kontinentalsokkelen øst for Filchnerrenna (Ryan et al, 2017 - JGR); 2) det er sammenheng mellom innstrømmingen av varmt vann og utstrømmingen av tungt bunnvann (Daae et al, 2018, JGR); 3) der er en sesongstyrt utstrømming av ISW fra Filchner-isbremfronten (Darelius & Sallée, 2109, GRL); 4) mengden turbulens er vesentlig høyere enn bakgrunnsnivået langs den øvre kontinentalskråningen (Fer, Darelius et al, 2016 - GRL); 5) kraftig miksing mellom Filchner-utstrømmingen og de omkringliggende vannmassene henger sammen med «shear spiking» (Daae et al, 2019, JPO) og 6) de sterke tidevannsstrømmene på kontinentalsokkelen og -skråningen er forårsaket av resonante sokkelbølger (Semper and Darelius, 2016 - OSD). 5. Riggene i de dype rennene som fører til Getz-isbremmen (GIS) er hentet inn. Det varme vannet når inn til isbremfronten gjennom Siple-renna. Vannet bruker ikke stort mer enn ei uke på å nå inn til isbremfronten, noe som fører til at vannet er mer eller mindre uendret ved isbremfronten (Assmann, Darelius et al, 2019). Foreløpige resultat fra APRES-radarene som måler smelterater under GIS, ble presentert på FRISP-arbeidsmøtet (2018). Observerte svingninger i innstrømmingsområdet skyldes topografiske Rossbybølger (Wåhlin m. fler, 2016, JPO). 6. Darelius har skrevet mange blogg-innlegg for barn og unge (https://skolelab.uib.no/blogg/antarktis, 2016 og 2017), og har holdt foredrag for skoleklasser i Bergen. K. Assmann har skrevet blogg fra feltarbeidet med RV Araon i 2018, og har skrevet en populærvitenskapelig artikkel om toktet i «Chemistry World». Bidrag fra prosjektet har ført til flere medie-oppslag (f.eks. BT, Forskning.no, Ekko på NRK, Radio Halland (Sverige) , SverigesRadio, Eos.org).

Results from WARM are published in 17 articles and new data have been added to archives: WARM will influence ongoing and planned research activity in the shelf areas around Antarctica. The advanced numerical modelling tools developed will be used in ongoing and planned projects. The outreach efforts and the media attention related to WARM has hopefully increased the public's awareness about the changes observed in Antarctica and about the importance of Antarctica for e.g. sea level rise. We hope that the activities focused on a young public has increased the interest for research and STEM subjects, potentially inspiring a new generation of polar scientist. Darelius and Hattermann has gained valuable experience in e.g. project management, numerical modelling, high latitude fieldwork and supervision and WARM has allowed them to establish themselves as Antarctic researchers, assuring the continuation of Norwegian research traditions in the Antarctica.

WARM aims at quantifying the inflow warm deep water onto the continental shelves around Antarctica and its contribution to basal melt below the floating ice shelves (objective 1). The project also intends to improve the understanding of the mechanisms cau sing the inflow (objective 2) and their relation to large-scale forcing (objective 3). This knowledge will be applied to the Filchner-Ronne Ice shelf-continental shelf system, and the dramatic - and debated - future scenarios with a twenty-fold increase i n basal melt will be reassessed (objective 4). These objectives will be achieved using a combination of observations - existing data and proposed fieldwork - and high resolution idealized and regional modeling using ROMS. I will study three fundamentally different sites around the Antarctic continent: the central Amundsen Sea (CAS), where the continental shelf is wide and "warm" (above freezing point), the southern Weddell Sea, where it is wide and "cold" (at freezing point) and the eastern Weddell Sea w here it is very narrow or non-existing. Together the tree sites represent a majority of the existing shelf configurations around the Antarctic continent. In WARM, I will make use of national and international expertise and I have gathered around me a res earch team including scientist from Bergen, Tromsø, Sweden, Korea, the US, Canada and Germany. I am granted ship time onboard the Korean icebreaker RVIB Araon for fieldwork in the Amundsen Sea. WARM will expand Norwegian Antarctic oceanographic research beyond the Weddell Sea; it will strengthen Norway as a leading polar nation and integrate the Norwegian research in larger international collaborations. In addition, WARM will give me the opportunity to increase my publication record, to enlarge my nation al and international network and to participate in outreach activities aimed at high-school children, thus promoting my career as a research scientist.