studies of Key Polar Ocean and Climate Processes with high resolution coupled climate models

Klimaet i Arktis er i rask endring: havet og atmosfæren varmes opp, sjøis smelter og isbreer trekker seg tilbake. En rask endring i klimaregime kan ha umiddelbare og alvorlige konsekvenser for det marine økosystemet og fiskeri, og dermed også for samfunnet. Det som skjer i Arktis, forblir ikke i Arktis. Endringene i sjøis og ferskvannsinnhold i Arktis kan påvirke områder langt fra Arktis, og blant annet bidra til endret klima i Europa og oppvarming av Sørishavet. Dette vil igjen kunne føre til økt smelting fra sjø- og landis i Antarktis. Antarktis har lenge vært betraktet som beskyttet mot klimaendringer på grunn av prosesser i Sørishavet. Men observasjoner viser at isbremmene tynnes av økt smelting nedenfra når varmere havvann sirkulerer under isbremmene. Når isbremmene blir tynnere reduseres deres evne til å bremse opp strømmen av fastlandsis mot havet. Dette bidrar til å øke det globale havnivået, med en uforholdsmessig påvirkning av Europa. De pågående raske endringene i Arktis og deler av Antarktis fremmer behov for en grundig vurdering av nøkkelprosesser i hav og klima og hvordan disse prosessene vil endre seg i en varmere framtid. Klimamodeller er essensielle for å forstå det polare klimaet, men modellene har fremdeles store usikkerheter knyttet til manglende oppløsning av nøkkelprosesser både i regional og global kontekst. Hovedmålet med KeyPOCP er å forbedre vår forståelse av hvordan hav- og klimadynamikken i polarområdene og de globale sammenhengene avhenger av småskalaprosesser (f.eks. sirkumpolare strømmer, utveksling mellom sokkel og basseng) som i dag er uløste i de mest moderne klimamodellene. For å oppnå dette har vi benyttet oss av et nytt ensemble av høyoppløselige CESM-simuleringer, og vi har arbeidet med en høyoppløselig konfigurasjon av den norske jordsystemmodellen, NorESM. Denne nye konfigurasjonen viser lovende forbedringer i noen områder av polarhavene, men det gjenstår fortsatt utfordringer, særlig i det dynamisk komplekse Sørishavet. Som et supplement til disse svært komplekse simuleringene, og for å forstå prosessene som observeres i disse komplekse jordsystemmodellene, har vi også brukt idealiserte numeriske eksperimenter for å få en mekanistisk forståelse av havprosesser på høye breddegrader og deres rolle i det globale havet. Dette arbeidet førte til en økt forståelse av havkonveksjonens rolle på høye breddegrader, og dens betydning for den globale omveltningssirkulasjonen. For å øke vår forståelse av småskalaprosessenes rolle langs den antarktiske kontinentalsokkelen, har vi brukt en kombinasjon av avanserte feltobservasjoner og numeriske modeller for å øke vår forståelse av dynamikken i den antarktiske skråningsstrømmen i Weddellhavet, som er en viktig barriere som kontrollerer hvor mye varme som når frem til isbremmene i Weddellhavet. Vi fokuserte spesielt på hvilken rolle sesongvariasjoner og vind spiller for disse prosessene.

-

Underlying the polar climate system is a number of closely coupled processes that are interconnected through complex feedbacks on a range of temporal and spatial scales. Understanding of these processes often relies on regional and global climate modelling as instrumental records are limited in these inaccessible and remote areas. The lack of observational constraints makes model evaluation and assessment of future climate change challenging, which is problematic as the latest generation climate models (CMIP6-class) are unable to resolve many of the physical processes acting in the polar regions. While some of these processes will remain unresolved for the foreseeable future, KeyPOCP will focus on a set of key processes that emerging simulations are starting to resolve. Specifically, KeyPOCP will quantify how dense water formation, shelf-basin exchange, air-sea interaction, and extreme precipitation events at high-latitudes depend on resolving the oceanic mesoscale and atmospheric storms at present and in a warmer future. To this end, KeyPOCP takes advantage of new high-resolution, fully coupled climate model simulations - including two global and one regional configurations - and existing observations in the Svalbard region and in the Weddell Sea.