• 1.206.526.6795 | Факс: 1.206.526.6485

Тихоокеанска морска лаборатория за околна среда, NOAA, Сиатъл, Вашингтон, САЩ

Автор-кореспондент: J. E. Overland, NOAA/PMEL, 7600 Sand Point Way NE, Сиатъл, WA 98115, САЩ. ([email protected]) Потърсете още статии от този автор

Университет Вашингтон/JISAO, Сиатъл, Вашингтон, САЩ

  • 1.206.526.6795 | Факс: 1.206.526.6485

Тихоокеанска морска екологична лаборатория, NOAA, Сиатъл, Вашингтон, САЩ

Автор-кореспондент: J. E. Overland, NOAA/PMEL, 7600 Sand Point Way NE, Сиатъл, WA 98115, САЩ. ([email protected]) Потърсете още статии от този автор

Университет Вашингтон/JISAO, Сиатъл, Вашингтон, САЩ

Резюме

1. Въведение

[2] Големите наблюдавани промени в настоящата арктическа среда представляват основни показатели за регионални и глобални климатични промени. Дали почти без морски лед Арктика се появява през първата или втората половина на 21 век е от голям икономически, социален и управление на дивата природа. Има пропаст обаче в разбирането как да се съчетае случващото се в момента с морския лед в Арктика и прогнозите за климатичния модел на загубата на морски лед в Арктика. Септември 2012 г. показа намаляване на обхвата на морския лед с 49% спрямо изходното ниво от 1979–2000 г. на 7,0 M km 2 (фигури 1 и 2а). Освен това, обхватът на дебелия многогодишен морски лед е намален със същия процент (приблизително намаление от 4 M km 2 за 2000 г. до 2005 г. на 2 M km 2 през 2012 г. [Kwok и Untersteiner, 2011 г., актуализиран; Комисо, 2012]). Трудно е да се съчетае настоящият процент на загуба с датите за прогнозиране на климатичния модел на лятната морска загуба на лед от 2070 г. [Международна комисия по изменение на климата (IPCC), 2007] или 2100 [Boé и сътр., 2009a] направен само преди няколко години.

кога

[4] Кога лятната Арктика ще бъде почти без морски лед? Първият брой е думата „почти“. Очаква се малко морски лед да остане като убежище на север от канадския архипелаг и Гренландия в края на лятото. По този начин практическата граница за загуба на морски лед е произволна, но няколко източника са се сближили на 1,0 M km 2 като минимална преходна точка. В научната литература има три научни подхода към поставения въпрос. Първият се основава на екстраполация на данни за обема на морския лед. Вторият счита, че ще са необходими още няколко бързи събития за загуби, като загубите през 2007 и 2012 г., за да достигнат минимума. Третият подход е да се базират прогнозите на бързо проследявани проекции на членове на ансамбъл. Ние отнасяме трите подхода като създатели на тенденции, стохастери, и моделисти. Времевите хоризонти за летни загуби на морски лед от тези три подхода се оказват приблизително 2020, 2030 и 2040, както е обсъдено по-долу. Понастоящем не е възможно да се избере изцяло един подход пред друг, тъй като това зависи от тежестта на данните, разбирането на процесите на промяна в Арктика и използването и целта на моделните прогнози. Следващите раздели разглеждат тези три подхода.

2 Създатели на тенденции

[6] Средномесечните обеми на арктически морски лед от модела NAME и последните сателитни оценки показват, че обемът на морския лед се е променил малко през 1980-те до средата на 1990-те [Maslowski et al., 2012]. След 1995 г. може да се оцени отрицателна тенденция от -1,1 × 10 3 км 3 г. -1 от комбиниран модел и най-новите наблюдения за октомври – ноември 1996-2007. Като се има предвид тази прогнозна тенденция и оценката на обема за октомври – ноември 2007 г. на по-малко от 9000 км 3, може да се проектира почти незаледен летен Арктически океан преди 2020 г. [Maslowski et al., 2012].

3 Stochasters

[7] През последното половин десетилетие младият топен морски лед доминира в арктическия морски леден пакет, което подкрепя аргументите на създателите на тенденции. Хартията на Kay et al. [2011] предполага, че може да има модифициращо влияние от естествената променливост, особено по отношение на времето на загуба на морски лед. Те показват разширяване на разпространението на възможните 10 и 20-годишни тенденции в обхвата на морския лед в модела на общностната климатична система 4.0 (CCSM4) поради повишена уязвимост на морския лед към големи метеорологични или океански събития. Kay et al. [2011, тяхната фигура 3] показват, че за един бъдещ 20-годишен период загубата на морски лед може да варира в диапазон от 0% –80%. И двата модела CCSM3 и CCSM4 показват бързи събития за загуба на лед с различно време при различните членове на ансамбъла [Holland et al., 2006; Ваврус и сътр., 2012]. Основният аргумент на стохастерите е, че ще са необходими няколко бързи събития за загуби като това, което се е случило през 2007 и 2012 г., за да достигне прага от 1,0 милиона км 2 морски лед. Ако изберем 5-годишния интервал, който се е случил между събитията от загуба на морски лед от 2007 г. до 2012 г., като очаквана стойност, тогава още три събития поставят почти без време за морски лед на 2028 г. Серезе [2011] заявява, че би трябвало да разглеждаме морските лета без лед само след няколко десетилетия.

[8] Holland et al. [2006] и Уанг и Оверланд [2009, 2012] показват широка гама от времена на загуба на морски лед за различни членове на ансамбъла на една и съща GCM. Въз основа на подмножество от налични GCM, Уанг и Оверланд [2012] изчислява времето за достигане на почти морски лед в Арктика, започвайки от стойност 4,5 M km 2 (наблюдаваната стойност от 2007 г.) варира от 14 години до 36 години със средна стойност от 28 години въз основа на индивидуален ансамбъл членове, което поставя загубата през 2030-те с голям обхват. Като се има предвид, че повечето тенденции на морския лед при моделите са по-бавни от наблюдаваните тенденции за 1979–2011 [Stroeve et al., 2012, тяхната Фигура 3; вижте следващия раздел], трябва да изберем стойност в по-ранния край на този диапазон, т.е. 2030 ± 10 години.

[9] Stochasters се подкрепят допълнително от скорошни статии, които предполагат, че няма преломна точка, свързана със загуба на морски лед, отново въз основа на проучвания за моделиране [Amstrup и сътр., 2010; Armor et al., 2011; Ridley et al., 2011]. Tietsche et al. [2011] предполагат, че аномалната загуба на арктически морски лед през едно лято е обратима, тъй като обратната връзка с лед-албедо се облекчава от широкомащабни механизми за възстановяване. Тоест, продължаващата загуба на морски лед изисква непрекъснато увеличаване на парниковите газове. Консенсусът обаче не е универсален, тъй като адекватното представяне на обратните връзки в облака в GCM може да им дава твърде много вяра [Лентън, 2012].

[10] По този начин се предполага, че стохастерите ще се нуждаят от 20 години или повече след 2007 г. или около 2030 г. с широк диапазон на несигурност, за да настъпят няколко бързи събития за загуба на лед и да достигнат почти морски условия без лед. Въпреки че не са неразумни, стохастерите са най-ad hoc от трите подхода.

4 моделиращи

[11] GCM са основните налични количествени инструменти за предоставяне на бъдещи климатични прогнози, базирани на физически закони, които контролират динамичните и термодинамичните процеси на атмосферата, океана, сушата и морския лед. Наскоро моделиращите групи по целия свят подобриха своите GCM и предоставиха своите резултати на широката научна общност чрез архива в Програмата за диагностика и сравнение на климатични модели (PCMDI). Това представлява петата фаза на проекта за взаимосравнение на куплирания модел (CMIP5) след успешната трета фаза (CMIP3). Обикновено се предлагат резултати от повече от 20 модела. Всички модели показват загуба на морски лед, тъй като концентрациите на парникови газове се увеличават и че Арктика се затопля по-бързо от по-ниските ширини. Многобройните симулации на модели са особено полезни при оценката на несигурността поради разликите в структурата на модела, естествената променливост и различните сценарии за емисии на парникови газове [Hodson et al., 2012].

[13] Павлова и др. [2011] имайте предвид, че средната стойност на мултимоделния ансамбъл е по-близо до кривата на данните за края на ХХ и началото на 21 век за CMIP5 спрямо резултатите от CMIP3. Разпространението на задните предавания и бъдещите траектории обаче остава голямо в моделите CMIP5 (Фигура 3) [също вижте Massonnet и сътр., 2012 г., Фигура 1]. Boé и сътр. [2010], Hodson et al. [2012] и Massonnet и сътр. [2012], наред с други, отбелязват, че степента на загуба на морски лед в моделите зависи от количеството морски лед. По този начин има загриженост по отношение на прогнозите от модели, които не симулират количеството на наблюдавания морски лед в края на ХХ век.

[15] Тази статия не трябва да се използва като аргумент срещу по-нататъшно моделиране, а точно обратното. Арктическата общност се нуждае от надеждни количествени прогнози за климата с множество членове на ансамбъла. Както беше отбелязано по-горе, разпространението на Фигура 3 се дължи не само на физиката на морския лед, но е свързано с третирането на облаците, радиацията и атмосферната и океанската динамика. За следващия кръг от резултатите от модела, CMIP6, основната цел трябва да бъде намаляване на несигурността на модела. Може би повече сравнения на модели биха били път напред, а не резултати, предоставени от голям брой центрове за моделиране, произведени при кратки срокове.

5 Дискусия и заключения

[16] Проучихме три подхода за прогнозиране на летните загуби на леден арктически морски лед от 21-ви век, представени от създателите на тенденции, стохастерите и моделистите. Понастоящем не е възможно да се избере напълно един подход пред друг, тъй като всички подходи имат силни и слаби страни. Моделите са количествени, базирани на физическо разбиране и могат да предоставят оценки на несигурността. Всички те прогнозират евентуално незаледено от лед Арктика въз основа на увеличаване на форсирането на парникови газове. Прогнозите на моделистите за почти морско лядно арктическо лято са съсредоточени върху 2060 г., като съставът от най-ранните премахвания от избрани модели е близо до 2040 г. Не е ясно, че наблюдаваната бърза загуба на морски лед е представена в обхвата на резултатите от модела GCM . Екстраполирането на настоящите тенденции в обема на морския лед изглежда улавя влиянието на скорошната бърза загуба на многогодишен морски лед, но ще бъде трудно да се премахне и последният морски лед близо до Северния полюс; през 2007 г. премахването на този морски лед изискваше силно събитие за адвекция на атмосферата и морския лед [Zhang et al., 2008].

[18] Заглавието на тази статия със сигурност е един от основните въпроси, представляващи интерес за арктическите и неарктическите научни и управленски общности. Големите промени в арктическата среда представляват основните наблюдавани показатели за глобалното изменение на климата. Наличните данни сочат, че учените са били консервативни в своите прогнози за климата, с късни пристрастия в датите за промяна [Brysse et al., 2012]. Игнорирането на скоростта на наблюдаваната загуба на многогодишен арктически морски лед в полза на резултатите от мултимодели предимно от GCM може да бъде допълнителен пример. Възможността за почти морски Арктика през следващите две десетилетия, в допълнение към принципа на предпазливостта, подкрепя Duarte и сътр. [2012] заключение, че обществото трябва да започне да се справя с реалността на изменението на климата в Арктика.

Благодарности

[19] Работата се подпомага от Арктическия изследователски проект на NOAA на Службата за климатична програма и от Службата за военноморски изследвания, Код 322. Импулсът за тази статия идва от семинар, проведен в Сиатъл през октомври 2012 г., спонсориран от Арктическия мониторинг и оценка Програма (AMAP); това беше и принос към WCRP Polar Prediction и IASC Atmospheric Working Group. Оценяваме обмена на идеи от семинара и последвалите дискусии. Признаваме работата на PCMDI и различните центрове за моделиране на CMIP5. Тази публикация е частично финансирана от Съвместния институт за изследване на атмосферата и океана (JISAO) съгласно Споразумението за сътрудничество NOAA NA10OAR4320148, принос №. 2071. Принос номер PMEL 3971.