Klimaatmodellen: in 2100 Arctische Oceaan ijsvrij in zomers?
Bericht van: Ben (Lelystad) , 24-03-2007 23:47
Al sinds het begin van de metingen van de omtrek van het zeeijs in de Arctische Oceaan, halverwege de jaren '70, vertonen de waarnemingen een sterke dalende lijn. Met name in de zomer en het begin van het najaar, in september, is de trend sterk dalend (tot -8,6, ±-2,9, procent per decade). Dit is het gevolg van het feit dat het zeeijs in de winter aan de randen minder sterk aangroeit en in de zomer sterker en sneller afsmelt. Hierdoor neemt langzaam maar gestaag de totale omtrek van het (gedeeltelijk) door zeeijs bedekte deel van de Arctische Oceaan af.
De klimaatmodellen die gebruikt zijn voor het nieuwste IPCC-rapport, AR4, zijn over de verificatieperiode 1979-1999 binnen 20% foutmarge in overeenstemming met de waarnemingen en vertonen een realistische seizoensgang. De prognoses van deze modellen voor de rest van deze eeuw variëren sterk. Uit een analyse van de resultaten is gebleken dat de modellen die uitgaan van het SERS (Special Report on Emission Scenarios) A1B emissie scenario, waarin de concentratie atmosferische CO2 een waarde van 720 ppmv in 2100 behaald, er voor het eerst een nagenoeg totaal of totaal gebrek van zeeijs optreedt in de maand september ergens tussen het jaar 2040 en ver na het jaar 2100.
Onderstaand figuur toont het ruimtelijke patroon van het percentage modellen dat tenminste een 15% ijsbedekking berekent voor de maanden maart en september in de periode 2075-2084. Zelfs tegen het einde van de eenentwintigste eeuw verwachten de meeste modellen nog dat er in maart sprake zal zijn van lichte ijsbedekking. Daarentegen berekent 40% van de modellen dat er in de maand september nagenoeg geen zeeijs meer aanwezig is in het centrale deel van de Arctische Oceaan.
De zeer uitlopende resultaten in de modellen zijn het gevolg van een aantal factoren. Zo zijn er de verschillen met betrekking tot de gesimuleerde toestand van het ijs aan het eind van de twintigste eeuw, aspecten van de gesimuleerde oceaancirculatie en de natuurlijke variabiliteit in het gesimuleerde systeem (bijv. het NAO-NAM gedrag). Deze verschillen zijn sterk gerelateerd aan de sterkte en karakteristieken van het positieve ijs-albedo terugkoppelingsmechanisme.
In het algemeen resulteert het effect van de toename in broeikasgassen in een sterk en langer durende afsmeltingsperiode in de zomer, waardoor het ijs dunner wordt en donkerder oceaanwater blootgesteld wordt aan inkomende zonnestraling. De aangroei van het zeeijs in het najaar wordt zo vertraagd. Het dunnere ijs heeft verder een grotere kans om in de volgende zomer af te smelten, waardoor nog meer open water wordt blootgesteld, wat weer resulteert in nog dunner ijs in het daarop volgende voorjaar. Negatieve terugkoppelingen, zoals het feit dat dunner ijs sneller aangroeit dan dikker ijs wanneer het wordt blootgesteld aan dezelfde forcering, kunnen deze veranderingen tegenwerken maar zijn doorgaans zwakker.
Hoewel er ruime onzekerheid is over het moment waarop voor het eerst sprake zal zijn van een ijsvrije Arctische Oceaan (de 'of'-vraag is inmiddels nagenoeg irrelevant), is een veel interessantere vraag hoe het tot die toestand zal komen. Simulaties gebaseerd op het Community Climate System Model versie 3 (CCSM3) laten zien dat de ijsomtrek aan het einde van de zomer gevoelig is voor de ijsdikte in het voorjaar. Als het ijs afdunt tot een meer kwetsbare toestand, kan een 'schok' veroorzaakt door natuurlijke klimaatvariabiliteit resulteren in een snelle ijsafsmelting in de zomer als gevolg van de ijs-albedoterugkoppeling.
In de simulaties van het CCSM3 fungeert abnormaal oceaan-hittetransport als een dergelijke 'trigger'. Zulke abrupte overgangen zijn doorgaans viermaal zo snel als de waargenomen trends in de satellietreeks. In één ensemblelid neemt het ijsomtrek in september af van circa 6x106 naar 2x106 km² in 10 jaar, resulterend in nagenoeg ijsvrije condities in september tegen het jaar 2040. Een aantal van de andere klimaatmodellen vertonen soortgelijke abrupte ijsafnamen.
Bron
Mark C. Serreze, Marika M. Holland, Julienne Stroeve, ,,Perspectives on the Arctic’s Shrinking Sea-Ice Cover'', Science vol 315, p1533-1536
De klimaatmodellen die gebruikt zijn voor het nieuwste IPCC-rapport, AR4, zijn over de verificatieperiode 1979-1999 binnen 20% foutmarge in overeenstemming met de waarnemingen en vertonen een realistische seizoensgang. De prognoses van deze modellen voor de rest van deze eeuw variëren sterk. Uit een analyse van de resultaten is gebleken dat de modellen die uitgaan van het SERS (Special Report on Emission Scenarios) A1B emissie scenario, waarin de concentratie atmosferische CO2 een waarde van 720 ppmv in 2100 behaald, er voor het eerst een nagenoeg totaal of totaal gebrek van zeeijs optreedt in de maand september ergens tussen het jaar 2040 en ver na het jaar 2100.
Onderstaand figuur toont het ruimtelijke patroon van het percentage modellen dat tenminste een 15% ijsbedekking berekent voor de maanden maart en september in de periode 2075-2084. Zelfs tegen het einde van de eenentwintigste eeuw verwachten de meeste modellen nog dat er in maart sprake zal zijn van lichte ijsbedekking. Daarentegen berekent 40% van de modellen dat er in de maand september nagenoeg geen zeeijs meer aanwezig is in het centrale deel van de Arctische Oceaan.
De zeer uitlopende resultaten in de modellen zijn het gevolg van een aantal factoren. Zo zijn er de verschillen met betrekking tot de gesimuleerde toestand van het ijs aan het eind van de twintigste eeuw, aspecten van de gesimuleerde oceaancirculatie en de natuurlijke variabiliteit in het gesimuleerde systeem (bijv. het NAO-NAM gedrag). Deze verschillen zijn sterk gerelateerd aan de sterkte en karakteristieken van het positieve ijs-albedo terugkoppelingsmechanisme.
In het algemeen resulteert het effect van de toename in broeikasgassen in een sterk en langer durende afsmeltingsperiode in de zomer, waardoor het ijs dunner wordt en donkerder oceaanwater blootgesteld wordt aan inkomende zonnestraling. De aangroei van het zeeijs in het najaar wordt zo vertraagd. Het dunnere ijs heeft verder een grotere kans om in de volgende zomer af te smelten, waardoor nog meer open water wordt blootgesteld, wat weer resulteert in nog dunner ijs in het daarop volgende voorjaar. Negatieve terugkoppelingen, zoals het feit dat dunner ijs sneller aangroeit dan dikker ijs wanneer het wordt blootgesteld aan dezelfde forcering, kunnen deze veranderingen tegenwerken maar zijn doorgaans zwakker.
Hoewel er ruime onzekerheid is over het moment waarop voor het eerst sprake zal zijn van een ijsvrije Arctische Oceaan (de 'of'-vraag is inmiddels nagenoeg irrelevant), is een veel interessantere vraag hoe het tot die toestand zal komen. Simulaties gebaseerd op het Community Climate System Model versie 3 (CCSM3) laten zien dat de ijsomtrek aan het einde van de zomer gevoelig is voor de ijsdikte in het voorjaar. Als het ijs afdunt tot een meer kwetsbare toestand, kan een 'schok' veroorzaakt door natuurlijke klimaatvariabiliteit resulteren in een snelle ijsafsmelting in de zomer als gevolg van de ijs-albedoterugkoppeling.
In de simulaties van het CCSM3 fungeert abnormaal oceaan-hittetransport als een dergelijke 'trigger'. Zulke abrupte overgangen zijn doorgaans viermaal zo snel als de waargenomen trends in de satellietreeks. In één ensemblelid neemt het ijsomtrek in september af van circa 6x106 naar 2x106 km² in 10 jaar, resulterend in nagenoeg ijsvrije condities in september tegen het jaar 2040. Een aantal van de andere klimaatmodellen vertonen soortgelijke abrupte ijsafnamen.
Bron
Mark C. Serreze, Marika M. Holland, Julienne Stroeve, ,,Perspectives on the Arctic’s Shrinking Sea-Ice Cover'', Science vol 315, p1533-1536