PATHWAY - Pathways, processes, and impacts of poleward ocean heat transport

Formålet med prosjektet PATHWAY er å forstå dannelsen og forplantningen av varme og kalde tilstander med Golfstrømmens forlengelse mot Arktis, hvordan tilstandene vekselvirker med atmosfæren, og dermed påvirker klima over land og dets forutsigbarhet, f.eks. fra et år til det neste. Resultater fra prosjektet viser at temperaturendringer i Golfstrømmen forplanter seg sakte nordover - fra USAs østkyst til Norges vestkyst og oppover mot Arktis - med en tidsramme på opp mot ti år (Årthun et al. 2017; Langehaug et al. 2019). Forskningen viser at varmere eller kaldere tilstander i Golfstrømmen dermed kan forutsi temperaturen i havet utenfor Norskekysten flere år på forskudd. Videre finner vi at endringer i havtemperaturen påvirker både lufttemperatur og nedbør over vest- og nord-Europa (Årthun et al. 2017; Årthun et al. 2018a), samt størrelsen på torskebestanden i Barentshavet (Årthun et al. 2018b). Å kunne forutsi temperaturen i havet utenfor norskekysten flere år på forskudd gir dermed forutsigbarhet i klima. Observasjoner viser at varmere eller kaldere tilstander i Golfstrømmen oppstår med (noenlunde) jevne mellomrom på 15 år. I Årthun et al. (2020) bruker vi en ny metode for å vise at disse endringene i havtemperatur oppstår i et samspill mellom hav og atmosfære. Mekanismen identifisert i Årthun et al. (2020) kan også brukes til å forklare mye av den observerte nedkjølingen av Nord-Atlanteren i de siste årene. For å forstå hva som driver endringer i havtemperaturen i Norskehavet og Barentshavet i mer detalj - med søkelys på å kvantifisere viktigheten av hav- og atmosfæreprosesser - har vi analysert varmebudsjetter (Asbjørnsen et al. 2019; 2020). Resultatene viser at varmetransport i havet er viktigst langs den Norske Atlanterhavsstrømmen og i det sørlige Barentshavet. Endringer i varmetransport avhenger videre av styrken på Atlanterhavsstrømmen når den strømmer inn i Norskehavet over Grønland-Skottland ryggen. Mer varm og fuktig luft fra sør de siste årene har også bidratt til at vannet som kommer inn i Barentshavet har blitt mindre nedkjølt enn før, noe som kan få konsekvenser for global havsirkulasjon (Skagseth et al. 2020). Ettersom varmetransporten over Grønland-Skottland ryggen spiller en sentral rolle for klimaet i Norskehavet og Arktis er det viktig å undersøke hvor bra denne simuleres i dagens klimamodeller (CMIP5). I Heuzé and Årthun (2019) finner vi at varmetransporten varierer veldig i modellene. Den største feilkilden er en dårlig representasjon av havbunnen langs ryggen, noe som er relatert til den grove oppløsningen i modellene. Vi vet også at hvor mye varme som strømmer fra Atlanterhavet mot Arktis sterkt påvirker isdekket i Barentshavet, og at vinterisen her har trukket seg tilbake de siste tiårene. Ved å analysere observasjoner av isutbredelsen i Barentshavet tilbake til 1850, finner vi at vinterisdekket aldri har vært mindre, og at endringene aldri har skjedd raskere enn nå (Onarheim og Årthun 2017). Sjøisens endelige skjebne er tett knyttet til om vi klarer å redusere klimagassutslippene. Hvis menneskeskapte klimagassutslipp fortsetter å øke i dagens tempo, vil store deler av Arktis være isfritt halve året ved slutten av dette århundret. Barentshavet vil som første område i Arktis være isfritt året rundt. Hvis vi klarer å redusere klimagassutslippene kan vi begrense istapet betraktelig. Sommerisen vil likevel forsvinne, uansett om vi reduserer utslippene fra dagens nivå (Årthun et al. 2021). Men selv om sjøisen trekker seg gradvis tilbake kan isdekket i perioder vokse og iskanten trekke sørover (Årthun et al. 2019). Slike perioder med økt isdekke og en mer sørlig iskant vil ha konsekvenser for ressursutvinning og annen marin aktivitet i Barentshavet, og er dermed viktige å kunne varsle. Våre resultater viser at det forutsigbare forholdet mellom Atlanterhavsstrømmen og isdekket i Barentshavet ikke endrer seg i fremtiden. Vi kan dermed forvente at endringer i isdekket også kan varsles i fremtiden. Endringer i havtemperatur og sjøis i Arktis kan også påvirke klima på lavere breddegrader. Havtemperatur i Barentshavet kan dermed muligens brukes til å varsle for eksempel temperaturendringer i Europa. Vi finner at sammenhengen mellom Barentshavet og Europa er sterkest når vi bruker havtemperatur på høsten til å forutsi lufttemperatur om vinteren (Kolstad og Årthun 2018). Denne sammenhengen er likevel ikke alltid til stede i løpet av de siste 100 årene, og trenger å bli bedre forstått.

Resultater fra prosjektet viser at vi kan forutsi deler av klimasystemet flere år på forskudd basert på endringer i havet. Denne kunnskapen er av interesse for alle som jobber med klimavarsling, det vil si arbeidet med å utvikle varsler for, for eksempel, temperatur og nedbør opp mot 10 år frem i tid. Muligheten for å varsle havtemperatur kan også brukes til å forutsi endringer i enkelte fiskearter. Slike varsel er av stor interesse for både næringsliv og offentlig sektor, og resultater fra prosjektet er brukt som direkte motivasjon til flere søknader om klimavarsling. For prosjektets deltagere har prosjektet ført til økt kompetanse, ledererfaring, og opprettelse av nye samarbeid med nasjonale og internasjonale forskere. Resultater fra prosjektet har ført til økt synlighet av prosjektleder, både nasjonalt og internasjonalt, og muligheter for å bidra til nye forskningsprosjekt.

An apparent northward progression of ocean anomalies - heat and salt - from the subpolar North Atlantic toward the Arctic is a robust finding in observations and in ocean and climate models. From this progression there can be, or at least there is a clear potential for, practical and useful predictions of the climate state of the North Atlantic Ocean, including fisheries, and of the adjacent continental climate and Arctic sea ice. There is, however, at present neither consensus nor any complete mechanistic understanding of the cause of thermohaline anomalies that travel the Arctic-Atlantic sector, nor for their eventual imprint on the atmosphere above. PATHWAY therefore aims to understand the formation and propagation of ocean heat anomalies with the Gulf Stream's extension toward the Arctic, its interaction with the atmosphere above, and eventual influence on continental climate variability. PATHWAY has a particular focus on ocean heat transport through the Nordic Seas with the Norwegian Atlantic Current (NwAC) and what can be resolved from the instrumental record to elucidate the relative roles of advection, lateral mixing and atmospheric fluxes for the ocean heat and freshwater budgets. NwAC and its extension into the Barents Sea offer maybe the most complete observational basis for a detailed assessment of such mechanisms, including some of the world's longest continuous current meter time series. PATHWAY will also assess to what extent and by which mechanisms heat and freshwater anomalies are communicated between the subpolar North Atlantic and Nordic Seas-Arctic. There is a growing scientific interest in climate prediction and in the potential important role played by the ocean, and especially by the northward ocean heat transport. PATHWAY results will thus be of great interest to the scientific community and benefit for society.