Mikor lesz a sarkvidék szinte tengeri jégmentes?

1.206.526.6795 | Fax: 1.206.526.6485

Csendes-óceáni tengeri környezeti laboratórium, NOAA, Seattle, Washington, USA

Levelező szerző: J. E. Overland, NOAA/PMEL, 7600 Sand Point Way NE, Seattle, WA 98115, USA. ([email protected]) Keresse meg a szerző további cikkeit

University of Washington/JISAO, Seattle, Washington, USA

1.206.526.6795 | Fax: 1.206.526.6485

Csendes-óceáni tengeri környezeti laboratórium, NOAA, Seattle, Washington, USA

Levelező szerző: J. E. Overland, NOAA/PMEL, 7600 Sand Point Way NE, Seattle, WA 98115, USA. ([email protected]) Keresse meg a szerző további cikkeit

Washingtoni Egyetem/JISAO, Seattle, Washington, USA

Absztrakt

1. Bemutatkozás

[2] A jelenlegi északi-sarki környezetben megfigyelt nagy elmozdulások a regionális és globális klímaváltozás fő mutatóit jelentik. Az, hogy a 21. század első vagy második felében csaknem tengeri jégmentes sarkvidék fordul elő, nagy gazdasági, társadalmi és vadgazdálkodási érdek. Van azonban egy hiányosság annak megértésében, hogy miként lehet összeegyeztetni a tengeri jéggel jelenleg zajló eseményeket az Északi-sarkvidéken és az Északi-sarkvidék tengeri jégveszteségének éghajlat-modelljében. 2012 szeptemberében a tengeri jég kiterjedése 49% -kal csökkent az 1979–2000 közötti 7,0 M km 2 alapvonalhoz képest (1. és 2a. Ábra). Ezenkívül a vastag, többéves tengeri jég mértékét ugyanolyan százalékkal csökkentették (nagyjából a 2000-es 4 millió km2-ről 2005-re a 2 millió km-re csökkent 2012-ben [Kwok és Untersteiner, 2011, frissítve; Comiso, 2012]. Nehéz összeegyeztetni ezt a jelenlegi veszteségi arányt az éghajlati modell előrejelzési dátumaival a 2070-es nyári tengeri jégveszteség [Nemzetközi Éghajlatváltozási Testület (IPCC), 2007] vagy 2100 [Boé és mtsai., Alig néhány évvel ezelőtt készült.

[4] Mikor lesz majdnem tengeri jégmentes a nyári sarkvidék? Az első kérdés a „majdnem” szó. Várhatóan nyár végén a tengeri jég menedékként marad a kanadai szigetcsoporttól és Grönlandtól északra. Így a tengeri jég veszteségének gyakorlati határa önkényes, de több forrás összegyűlt az 1,0 M km 2 -en, mint minimális átmeneti pont. A feltett kérdésnek három tudományos megközelítése létezik a tudományos szakirodalomban. Az első a tengeri jég mennyiségének extrapolációján alapul. A második úgy véli, hogy több gyors veszteségeseményre, például a 2007-es és 2012-es veszteségekre lesz szükség a minimum eléréséhez. A harmadik megközelítés az előrejelzések gyorsított modellegyüttes tag-előrejelzéseken alapul. A három megközelítést úgy nevezzük trendszereplők, stochasters, és modellezők. E három megközelítés nyári tengeri jégveszteségének időhorizontja nagyjából 2020-ra, 2030-ra és 2040-re mutat, amint azt az alábbiakban tárgyaljuk. Jelenleg nem lehet teljesen választani egy megközelítést a másik helyett, mivel ez függ az adatok súlyától, a sarkvidéki változási folyamatok megértésétől, valamint a modell-előrejelzések használatától és céljától. A következő szakaszok e három megközelítést tárgyalják.

2 trendrendező

[6] A NAME-modell havi átlagos sarkvidéki tengeri jégmennyisége és a legújabb műholdas becslések azt mutatják, hogy a tengeri jég mennyisége az 1980-as évek során az 1990-es évek közepéig alig változott [Maslowski és mtsai., 2012]. 1995 után a kombinált modell és a legfrissebb megfigyelési becslések alapján becsülhetünk −1,1 × 10 3 km 3 év −1 tendenciát 1996–2007 október – november között. Tekintettel erre a becsült tendenciára és a 2007. október – novemberi 9000 km 3 alatti becsült mennyiségre, egy 2020 előtti, szinte jégmentes Jeges-tengerre vetíthetünk [Maslowski és mtsai., 2012].

3 Stochasters

[7] Az elmúlt fél évtizedben fiatal olvadásra hajlamos tengeri jég uralta az északi-sarki tengeri jégcsomagot, ami alátámasztja a trendrendezők érveit. A papír azonban Kay és mtsai. [2011] azt sugallja, hogy a természetes változékonyság módosító hatást gyakorolhat, különösen a tengeri jégveszteség időzítésére. Megmutatják a tengeri jég lehetséges kiterjedésének 10 és 20 éves trendjeinek eloszlását a közösségi éghajlati rendszer 4.0 modelljében (CCSM4) a tengeri jég fokozott sebezhetősége miatt a nagy meteorológiai vagy óceáni események miatt. Kay és mtsai. [2011, 3. ábra] azt mutatja, hogy egy jövőbeli 20 éves periódusban a tengeri jégveszteség 0% és 80% között változhat. Mind a CCSM3, mind a CCSM4 modell gyors jégveszteséges eseményeket mutat be, különböző időzítéssel, az együttes különböző tagjaiban [Holland és mtsai., 2006; Vavrus és mtsai., 2012]. A stochasterek legfontosabb érve az, hogy több gyors veszteségeseményre, például a 2007-es és 2012-es eseményekre lesz szükség ahhoz, hogy elérje az 1,0 M km 2 tengeri jég kiterjedési küszöbértékét. Ha a 2007 és 2012 közötti tengeri jégveszteség eseményei között bekövetkezett 5 éves intervallumot választjuk várható értéknek, akkor további három esemény csaknem tengeri jégmentes időzítést jelent 2028-ban. Serreze [2011] kijelenti, hogy a tengeri jégmentes nyarakat csak néhány évtized múlva kell vizsgálnunk.

[8] Holland és mtsai. [2006] és Wang és Overland [2009, 2012] a tengeri jégveszteség nagy időzítését mutatja ugyanazon GCM különböző együttes tagjai számára. A rendelkezésre álló GCM-ek egy részhalmaza alapján, Wang és Overland [2012] becslései szerint a majdnem tengeri jégmentes nyári sarkvidék 4,5 M km 2 értéktől (a megfigyelt 2007-es érték) kezdődően elérte az időt 14 évről 36 évre, 28 év mediánnal, egyéni együttes alapján tagjai, ami a veszteségeseményt a 2030-as években nagy hatótávolsággal teszi fel. Tekintettel arra, hogy a legtöbb tengeri jég trendje a modellekben lassabb, mint az 1979–2011-ben megfigyelt tendencia [Stroeve és mtsai., 2012, 3. ábra; lásd a következő szakaszt], ki kell választanunk egy értéket ennek a tartománynak a korábbi végén, azaz 2030 ± 10 év.

[9] A stochastereket további támogatják a közelmúltbeli tanulmányok, amelyek szerint a tengeri jég elvesztésével nincs összefüggés, mégegyszer modellezési tanulmányok alapján [Amstrup és mtsai., 2010; Armor és mtsai., 2011; Ridley és mtsai., 2011]. Tietsche és mtsai. [2011] arra utal, hogy az északi-sarki tengeri jég anomális vesztesége egyetlen nyár folyamán visszafordítható, mivel a jég-albedo visszacsatolást nagy léptékű helyreállítási mechanizmusok enyhítik. Vagyis a folyamatos tengeri jégveszteség az üvegházhatású gázok folyamatos növekedését igényli. A konszenzus azonban nem univerzális, mivel a felhőbeli visszacsatolások megfelelő képviselete a GCM-ekben túlságosan hitet adhat bennük [Lenton, 2012].

[10] Így azt javasoljuk, hogy a stochastereknek 20 évig vagy annál több évre lenne szükségük 2007 után, vagy 2030 körül, bizonytalanságok széles skálájával, hogy több gyors jégveszteségesemény bekövetkezzen és szinte tengeri jégmentes körülmények legyenek elérhetők. Bár nem ésszerűtlen, a három megközelítés közül a stochasters a leginkább ad hoc.

4 modellező

[11] A GCM-ek a rendelkezésre álló főbb kvantitatív eszközök, amelyek fizikai törvényeken alapuló jövőbeli éghajlat-előrejelzéseket nyújtanak, amelyek szabályozzák a légkör, az óceán, a szárazföld és a tengeri jég dinamikus és termodinamikai folyamatait. A közelmúltban a modellező csoportok világszerte fejlesztették GCM-jüket, és eredményeiket a szélesebb tudományos közösség számára elérhetővé tették a Klímamodell-diagnosztikai és összehasonlító program (PCMDI) archívumán keresztül. Ez jelenti a Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) ötödik szakaszát a sikeres harmadik fázist (CMIP3) követően. Általában több mint 20 modell eredményei állnak rendelkezésre. Minden modell a tengeri jég csökkenését mutatja, mivel az üvegházhatású gázok koncentrációja növekszik, és hogy az Északi-sark gyorsabban melegszik, mint az alacsonyabb szélességi fokok. A többféle modellszimuláció különösen hasznos a modell felépítésében, a természetes variabilitásban és az üvegházhatásúgáz-kibocsátás különböző forgatókönyveiből adódó bizonytalanság értékelésében [Hodson és mtsai., 2012].

[13] Pavlova és mtsai. [2011] megjegyzi, hogy a multimodell együttes átlag közelebb áll a CMIP5 huszadik század végének és a 21. század elejének adatgörbéjéhez a CMIP3 eredményekhez képest. A hátulról sugárzott műsorok és a jövőbeli pályák terjedése azonban továbbra is nagy a CMIP5 modellekben (3. ábra) [lásd még Massonnet és mtsai., 2012, 1. ábra]. Boé és mtsai. [2010], Hodson és mtsai. [2012], és Massonnet és mtsai. [2012] többek között megjegyzi, hogy a tengeri jég veszteségének mértéke a modellekben a jelenlévő tengeri jég mennyiségétől függ. Így aggodalomra ad okot olyan modellek előrejelzései, amelyek nem szimulálják a megfigyelt tengeri jég mennyiségét a XX. Század vége felé.

[15] Ezt a cikket nem lehet érvként felhasználni a további modellezés ellen, hanem éppen ellenkezőleg. Az északi-sarkvidéki közösségnek hiteles, mennyiségi éghajlat-előrejelzésekre van szüksége az együttes több tagjával. Amint azt fentebb megjegyeztük, a 3. ábra terjedése nemcsak a tengeri jég fizikájának köszönhető, hanem a felhők kezeléséhez, a sugárzáshoz, valamint a légköri és óceáni dinamikához is kapcsolódik. A modell eredményeinek következő fordulója, a CMIP6 esetében a fő cél a modell bizonytalanságának csökkentése kell, hogy legyen. Talán több modell-összehasonlítás lenne az előrelépés, nem pedig rövid időn belül elkészített nagyszámú modellező központ eredményei.

5 Megbeszélés és következtetések

[16] Három megközelítést vizsgáltunk a 21. századi sarkvidéki tengeri jég veszteségének előrejelzéséhez, amelyet trenddiktátorok, stochasterek és modellezők képviselnek. Jelenleg nem lehet teljesen választani egy megközelítést a másik helyett, mivel minden megközelítésnek vannak erősségei és gyengeségei. A modellek kvantitatívak, fizikai megértésen alapulnak, és bizonytalansági becsléseket adhatnak. Mindannyian előrejelzik az esetleges tengeri jégmentes Északi-sarkvidéket az üvegházhatású gázok kényszerének növekedése alapján. A majdnem tengeri jégmentes sarkvidéki nyárra vonatkozó modellezők előrejelzései 2060-ra összpontosulnak, a kiválasztott modellek legkorábbi eltávolításainak összesítésével együtt 2040 közelében. Nem világos, hogy a megfigyelt gyors tengeri jégveszteség a modell GCM-eredményeinek tartományában szerepel-e. . A tengeri jégmennyiség jelenlegi tendenciáinak extrapolálása úgy tűnik, hogy megragadja a többéves tengeri jég közelmúltbeli gyors elvesztésének hatását, mégis nehéz lesz eltávolítani az utolsó tengeri jeget az északi sark közelében; 2007-ben e tengeri jég eltávolításához erős légköri és tengeri jégvédő eseményre volt szükség [Zhang és mtsai., 2008].

[18] A cikk címe minden bizonnyal az egyik sarkalatos és nem sarkvidéki tudományos és menedzsmentközösséget érdeklő fő kérdés. Az északi-sarkvidéki nagy változások a globális éghajlatváltozás fő megfigyelt mutatóit jelentik. A rendelkezésre álló bizonyítékok arra utalnak, hogy a tudósok konzervatívak voltak az éghajlat-előrejelzéseikben, a változás dátumai későn elfogultak [Brysse és mtsai., 2012]. További példa lehet a többéves Északi-sarkvidéki tengeri jég megfigyelt veszteségének figyelmen kívül hagyása a multimodell eredmények javára, elsősorban a GCM-ekből. A majdnem tengeri jégmentes sarkvidék lehetősége a következő két évtizedben az elővigyázatosság elve mellett támogatja az Duarte és mtsai. [2012] következtetése, hogy a társadalomnak el kell kezdenie kezelni az Északi-sarkvidék klímaváltozásának valóságát.

Köszönetnyilvánítás

[19] A munkát az Éghajlati Programiroda NOAA sarkvidéki kutatási projektje és a Haditengerészeti Kutatási Hivatal kódja támogatja, 322. kód. A cikk lendülete egy műhelymunkából származott, amelyet Seattle-ben tartottak 2012 októberében, az Arctic Monitoring and Assessment támogatásával. Program (AMAP); hozzájárult a WCRP Polar Predictionhez és az IASC Atmospheric Working Group-hoz is. Nagyra értékeljük a műhely ötleteinek cseréjét és az azt követő megbeszéléseket. Elismerjük a PCMDI és a CMIP5 különböző modellező központjainak munkáját. Ezt a kiadványt részben a Légköri és Óceánkutatási Közös Intézet (JISAO) finanszírozza, a NOAA NA10OAR4320148 számú együttműködési megállapodás alapján, hozzájárulás sz. 2071. PMEL hozzájárulás száma 3971.