Downscaling Climate and Ocean Change to Services: Thresholds and Opportunities

Prosjektet CE2COAST skal generere og analysere regionale observasjonsdatasett og nedskalerte havsimuleringer og levere avansert forståelse av tilstanden, variabiliteten og trendene for hav- og kyst. Nedskalering av havet er avhengig av data fra jordsystemmodeller i global skala (ESM). Imidlertid inneholder disse modellene et iboende regionalt avvik, som gjør at noen av dem ikke egner seg for nedskalering. God vurdering av ESMs ytelse og forståelse av modellenes kilder til usikkerhet er derfor et avgjørende som et første skritt før en eventuell nedskalering kan foretas. For å lette denne prosessen har vi utviklet et verktøysett for validering som samtidig lager en detaljert evaluering av flere ESM-er opp mot tilgjengelige observasjoner. Dette er et offentlig tilgjengelig verktøy, og har blitt brukt av forskjellige partnere i prosjektet for å velge den optimale ESM for deres regioner. Siden avvik i modeller i samtiden kan bidra betydelig til fremtidsberegninger, har vi også undersøkt den underliggende kilden til disse avvikene. Til dette brukte vi konseptet «emergent constraint», som bruker spredningen i multi-modellprojeksjoner for å isolere systematiske skjevheter blant ESM-er. Vi har identifisert en økende usikkerhet i projeksjonene av opptak av karbon i havet i Sørishavet, noe som kan forklares med den simulerte stratifiseringen i havet. Modeller som simulerer et lagdelt hav har en tendens til å ta opp for lite karbon, og omvendt. For det tropiske Stillehavet avhenger den simulerte langsiktige reduksjon i karbon av hvor nøyaktig modellen simulerer karbonkjemi under overflaten. Til slutt, i Nord-Atlanteren, ble de biofysiske prosessene langs Golfstrømmen identifisert som de viktigste driverne for usikkerheten i modellen. For å utvikle en optimal plan for å minske, samt tilpasse oss klimaendringer, er det viktig å forstå det langsiktige mønsteret av menneskeskapte endringer i det marine systemet. Vi analyserer et stort sett av klimamodeller og identifiserer konsistente langsiktige mønstre for forplantning av klimaendringer når det gjelder havtemperatur, saltholdighet, oksygen og pH. Vi fant at menneskeskapte endringer for disse variablene sannsynligvis først vil dukke opp i dyphavet. Det tidligste signalet vil komme i regioner for ventilasjon av vann som f eks i Nord-Atlanteren og Sørishavet. Hovedårsaken til dette er fordi dyphavet har et relativt stabilt miljø og at forplantning av menneskeskapte signaler vil overstige den naturlige variasjonen mye tidligere enn på overflatehavet. Et viktig resultat er at overflateendringer kan reverseres relativt raskt, mens endringer i dyphavet sannsynligvis vil være irreversible over tidsskalaer fra flere ti- til hundreår. Resultatet vårt fremhever betydningen av å bedre forstå miljøendringene i dyphavet, der det meste av det marine økosystemet befinner seg.

CE2COAST establishes new international cooperation between global climate and regional ocean downscaling modellers, who traditionally operate on their field independently. By bridging this gap, the consortium gains common understanding and overarching view of the limitations in both global and regional models. More importantly, the team has adopted a co-production approach that incorporates modelers, data providers, and stakeholders to generate vital ocean and climate change knowledge that are relevant for regional end-users. The Norwegian participants, comprising primarily global modellers, have established a new research network with regional downscaling modellers and will sustain future knowledge exchange that would particularly be valuable for future development and identification of user groups of our national climate model: Norwegian Earth System Model (NorESM). The results from CE2COAST have already been disseminated to the NorESM development team. The evaluation tool developed in the project will provide an alternative tool for assessing the NorESM performance with regards to other models, facilitating for a more focused development plan. The project dissemination team engaged stakeholders from Iceland, Ireland, Latvia and Norway by presenting them with the downscaled model projections. With regards to regional coastal climate change, these countries experience many of the same pressures and provide a wide range of services. The process encouraged stakeholders to reflect on the opportunities for new instruments and policies (i) to mitigate adverse effects of climate change in their respective regions and (ii) to promote ways in which they can adapt.

Global change will have significant impacts at regional and coastal scales on marine systems, dependent socioeconomic systems, ocean services and can strongly interact with regional pressures. CE2COAST delivers transnational added value through strategically combining national expertise across oceanography, marine biogeochemistry and ecology, data and database management, earth system, marine and ecosystem modelling and science policy communication. The primary novelty of will be an observation-driven synthesis of downscaling methodology to provide better process resolution and system representations that are tailored to regional/coastal domains and their associated pressures/services. It will compile and analyze new targeted, fit-for-purpose marine observations datasets from existing and new project observations of ocean climate, biogeochemistry and relevant ecological indicators. We will deliver Earth System Model simulations from the CMIP archive that will be downscaled for hindcasting and projecting physical and biogeochemical fields in the regional and coastal ocean providing past/future states and climate change signals. A capacity to understand and predict these impacts on regional seas and coasts is essential for developing robust strategies for adaptation and mitigation. To inform adaptation policy to ocean and coastal change, we will deliver key new knowledge to end-users through dissemination activities. We will integrate stakeholder clusters in project-long decision making for co-production of relevant science products for specific scientific, management, regulatory, industrial and ocean service applicable assessments to deliver an integrated European evaluation of marine health. It will contribute knowledge crucial to reducing economic, scientific and social disparity across Europe. We will encourage knowledge transfer through common goals with a focus on JPI Climate and Oceans, IPCC, UN SDGs, MSP, CFP, MSFD, WFD and the Arctic Council.