Climate response to a Bluer Arctic with increased newly-formed winter Sea ICe (BASIC)

I flere år har forskere diskutert om – og hvordan – oppvarmingen i Arktis og tapet av havis påvirker vær og klima lenger sør. BASIC-prosjektet bidrar til å løse denne debatten ved å studere det «nye Arktis», et område som i økende grad kjennetegnes av mer åpent vann om sommeren (et «blåere» Arktis) og større mengder ny is som dannes hver vinter. Mens nedgangen i sommerhavis er godt kjent, har økningen av tynn, nydannet vinteris bare nylig blitt erkjent – og den kan få vidtrekkende konsekvenser. Hvorfor er dette viktig? Endringer i havisen påvirker saltinnholdet i havet og dermed styrken til den Atlantiske meridionale omveltningssirkulasjonen (AMOC) – et stort havstrømssystem som transporterer varmt vann nordover og former klimaet i Europa og andre steder. Historisk sett har smeltende havis tilført ferskvann til Nord-Atlanteren og bidratt til å svekke AMOC. Men etter hvert som den tykke flerårige isen forsvinner, endrer den sesongmessige syklusen seg. Ny vinteris dannes over større områder og smelter igjen om sommeren, noe som gir et annet mønster for tilførsel av ferskvann. BASIC har dokumentert denne økende vinteris-veksten og undersøker hvordan den kan endre havsirkulasjonen. Et annet fokus er «terskelen» i arktiske endringer. Når Arktis nærmer seg isfrie somre, vil ikke innflytelsen på klimaet forsvinne gradvis. Modelleksperimenter antyder at når isdekket faller under et kritisk nivå, svekkes rollen til havisen, og havets evne til å lagre varme blir den dominerende drivkraften. BASIC har designet og kjørt eksperimenter for å identifisere denne terskelen. Nylige resultater viser at utover dette punktet vil temperaturene i Polhavet – ikke isen i seg selv – styre framtidige atmosfæriske sirkulasjoner og ekstremvær. En videre utfordring er den såkalte «dype arktiske oppvarmingen». Observasjoner viser at oppvarmingen i Arktis strekker seg ned i havets indre og opp i midtre troposfære (omtrent 5 km høyde). Likevel har mange klimamodeller hatt problemer med å fange denne vertikale dybden av oppvarmingen, noe som har ført til sprikende konklusjoner om dens effekter. BASIC har tatt tak i dette ved å bruke nye metoder i den norske jordsystemmodellen (NorESM2). Resultatene bekrefter at en realistisk, vertikalt dyp arktisk oppvarming gir sterkere og mer konsistente koblinger til vinterklimaet i Eurasia – et nøkkelsteg i å løse debatten om «varmt Arktis, kald Eurasia». BASIC samarbeider tett med sitt søsterprosjekt MAPARC, som legger vekt på sesongvarsling og atmosfæriske prosesser. De to prosjektene gir til sammen et mer helhetlig bilde: BASIC avdekker de langsiktige hav–is-mekanismene, mens MAPARC utvikler verktøy for å forutsi variasjoner fra år til år. En delt doktorgradsstilling og internasjonalt samarbeid – særlig med partnere i Kina – sikrer sterk integrasjon og kunnskapsutveksling mellom prosjektene. Kort oppsummert har BASIC brakt feltet videre ved å vise at: - nydannet vinteris er en kritisk og tidligere undervurdert del av klimasystemet, - det finnes en terskel der havet overtar som hoveddriver, og - den vertikale utstrekningen av arktisk oppvarming må gjengis korrekt for å forstå dens globale konsekvenser. Etter hvert som Arktis fortsetter å forandre seg, er denne kunnskapen avgjørende – ikke bare for klimaforskningen, men også for å kunne forutsi hvordan framtidige endringer vil spre seg langt utover polområdene.

The rapid decline of Arctic sea ice has led to a ‘bluer’ Arctic. While at the same time, the extent and the volume of newly-formed sea ice in winter are increasing; the climate science community has largely overlooked the latter unforeseen change, but it has potentially profound and lasting impacts on the Arctic and the Eurasian climate. We anticipate that: (1) ‘Bluer’ Arctic is changing the respective roles of Arctic ocean temperature and sea ice in impacting the climate. (2) The increase of newly-formed wintertime sea ice year-after-year will promote the slowdown of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). (3) Vertical extent of Arctic warming is critical in resolving the debates on mechanisms driving the "warmer Arctic, colder Eurasia" winter climate pattern. In BASIC we will identify the mechanisms on the vertical propagation of Arctic ocean warming and assess the Eurasian winter climate response to deep Arctic warming (from ocean interior upwards to mid-troposphere) using coupled simulations. We will further demonstrate that there is increased newly-formed Arctic sea ice in winter in the context of Arctic warming. We will then quantify the freshwater fluxes anomalies due to the increased newly-formed sea ice and assess their impacts on the Arctic ocean stratification and the AMOC. BASIC's results will therefore directly address (i) the grand challenges of the WCRP: ‘Melting Ice and Global Consequences’ and (ii) the United Nations (UN) Sustainable Development Goal 13 and Goal 14. Through running large ensemble simulations, BASIC will identify (1) a 'threshold' of future Arctic sea ice state where there will be a role switching between the Arctic ocean temperature and sea ice in impacting the climate, and (2) the dominant effects of Arctic open seawaters on the climate variability due to their increasing capability to absorb and store energy.