Counteracting effect of future Antarctic sea-ice loss on projected increases of summer Monsoon rainfall

Sør-asiatiske samfunn og økonomi er sterkt avhengig av sesong nedbør i løpet av Indian Summer Monsoon (ISM). Dette nedbør har store rom-tid-variabilitet, hovedmønster som er uttrykt i en veksling mellom "break" og "aktive" faser. Break faser innebærer tørre forhold over Indias viktigste jordbruksområder. Når tilstrekkelig langvarig eller gjentatt i løpet av sesongen, de er forbundet med tørke. Matproduksjon er svært følsom for både tørre og våte regn ytterpunktene. Under menneskeskapte klimaendringer, modell avledet anslag generelt predikerer en økning i sesong-middelregntotal sammen med en reduksjon i antall regnværsdager. Men de tilknyttede rom-tid-mønstre av endring i gjennomsnittlig nedbør er svært usikre. Overgangen mellom pause og aktive faser av ISM korresponderer med en stor meridionale ekskursjon for nedbør maksimalt, noe som reflekterer en tendens til at nedbøren å skje over foretrukne geografiske loci: en over Gulf of Bengal og Indo-Gangetic slettene; og en over Ekvatorial indiske hav. Disse gjenspeiler på svingninger av sone-gjennomsnittet Inter-Tropical Convergence Zone, noe som tyder på en link med den globale sirkulasjon. Som et resultat, er posisjonen og intensiteten av ITCZ følsom for endringer i utenom varmekilder. Antarktisk sjøis tap vil resultere i en ekstra varmekilde i SH på ca 0,3 PW i sydlige vinteren. Derfor undersøker vi om en betydelig ISM nedbør respons kan induseres av store interhemispheric oppvarming anomalier. Fokuset vil være på fremtidig antarktiske sjøisen tap og deres innvirkning på den globale atmosfæriske sirkulasjonen. Vi legger en sterk vekt på forskningssamarbeid og spesielt på både formell og forskerutdanning med de indiske partnerne. Våre resultater tyder på at 10 prosent fall i Antarktis sjøis i 2016, sammenlignet med gjennomsnittet siden 1979, kan skyldes økte lufttemperaturer nær sjøisken, sterke vind, et skift i Southern Annular Mode-indeksen. Bracegirdle et al. (2018) viser at fremtidens endringer i styrken til den vestlige jet på den sørlige halvkule for RCP8.5-scenariet kunne knyttes til sjøis i Antarktis. For å teste denne hypotesen har vi utført og evaluert idealiserte modellsimuleringer med redusert sjøis. Resultatet støtter delvis vår hypotese. I en av modellene bruker vi ECHAM6. Her fører sjøisreduksjon til et skifte i Hadley-sirkulasjonen med den forventede effekten på det globale ITCZ og nedbør i vestafrikansk monsun. Imidlertid er nedbør i ISM ikke påvirket på samme måte. Dette er sannsynligvis knyttet til aktiviteten til Monsun-depresjoner og deres pådrivere i midlere breddegrader (Rastogi et al., 2018). Videre produseres ingen signifikant global sirkulasjonsrespons i ISM-sesongen i eksperimenter med modellen CAM5. Vi testet hypotesen på sesongavhengighet (Day et al., 2018). For å kunne gjøre dette, sammenliknet vi med Dr. V. Sinclairs ( Universitetet i Helsingfors) idealiserte sensitivitetstester med Aquaplanet-konfigurasjoner av CAM og IFS (den dynamiske kjerne som ligger bak ECHAM6-modellen). Disse bekrefter at sensitiviteten til Hadley Cell til forstyrrelser i stormbanen faktisk er modellavhengig, på en måte som stemmer overens med de antarktiske sjøispertruberingseksperimentene (se T. Toniazzos seminar på Antarktisseminaret i mai 2018). Vi evaluerer nå mekanismene som opererer i begge modellene, med en detaljert analyse av ekstratropiske stormer og deres effekt på atmosfærisk transport under forskjellige forhold. Parallelt med denne undersøkelseslinjen har vi med våre indiske kollegaer på TERI gjennomført en detaljert analyse av aktive og ødelagte faser av ISM i observasjoner og modell simuleringer. Vi har utviklet en kompositt-teknikk basert på ekvatorialvind for sirkulasjon og nedbørsmangel i ISM-regionen. Dette arbeidet fører til signifikante resultater som fremhever rollen som konvektivt koblede ekvatorialmodeller av variabilitet, mens foreningen med Monsun-depresjoner som er tydelig i nedbørsbaserte indekser, reduseres mye. Vår analyse er dermed i stand til å skille to uavhengige mekanismer for variabiliteten i ISM nedbør, og viser effekten av telekoneksjoner for en av dem. Dette gir et lovende rammeverk til tolkning av de uoppnådde resultatene som er nevnt tidligere i modelleringsarbeidet, og et potensielt forklarende argument for forskjeller mellom modellene med hensyn til følsomheten av ISM-utfellingsrespons til ekstratropiske telekonneksjoner. Samarbeidet har ført til betydelig kompetansebygging hos våre indiske partnere. Dette vil bli styrket gjennom undervisning på C-ICE Research School i New Delhi i August 2019, hvor indiske studenter og forskere bli opplært med deltagelse av alle prosjektpartnere og høyprofilerte indiske og internasjonale forskere i forelesninger og seminarer.

Outcomes The project had a strong ambition to achieve a productive research collaboration across international istitutions (Europe and India) and across specialised areas of research (extratropical dynamics and Monsoons). It is has partial succeeded, more so on the international side, including strong dissemination and training aspects, but also on the scientific side. In particular it has demonstrated the importance of future sea-ice changes on the global circulation, while highlighting and quantifying the large uncertainties associated with a numerical modelling framework. Impacts None to date. Society does not seem terribily responsive to science right now.

The potential for an influence of future Antarctic sea-ice loss on the spatio-temporal distribution of rainfall in the South-West Asian Monsoon is investigated. Two main hypothesis drive this proposal. The first is that the adjustment of the Hadley circulation to changes in extratropical heat fluxes results in a tendency for tropical precipitation to be located further south, towards the Equator, in boreal summer. The second is that the general tendency for a southward displacement of tropical precipitation in boreal summer affects rainfall over India. The planned modelling and analysis work is structured around these hypotheses. We will investigate how mid-latitude storms in the southern Hemisphere respond to a poleward retreat of the sea-ice edge; how changes in mid-latitude storm activity affect the Hadley circulation; how such an adjustment impacts the meridional distribution of zonal-mean rainfall; and finally how the zonal-mean signal is reflected in Monsoon rainfall. The first stage in the project will be an analysis of existing model simulations. We will then perform sensitivity tests with different models to isolate the effect of Antarctic sea-ice. Finally, in two separate work-packages we will analyse the mid-latitude and tropical dynamics of the response, and test the findings by means of additional experiments with idealised model configurations. Throughout the project, a strong emphasis will be placed on collaborative research and in particular on both formal and research training with the Indian partners.