Arktisk overgang til en ny klimatilstand

Det hurtigt opvarmende Arktis er begyndt at gå fra en overvejende frossen tilstand til et helt andet klima, ifølge en omfattende ny undersøgelse af arktiske forhold.

Vejrmønstre på de øvre breddegrader har altid varieret fra år til år, med mere eller mindre havis, koldere eller varmere vintre, og længere eller kortere sæsoner med regn i stedet for sne. Men den nye forskning udført af forskere ved National Center for Atmospheric Research (NCAR) finder, at Arktis nu er blevet så markant opvarmet, at dets år-til-år-variabilitet bevæger sig uden for grænserne for tidligere udsving, signalerer overgangen til et "nyt arktisk" klimaregime.

"Forandringshastigheden er bemærkelsesværdig, " sagde NCAR-forsker Laura Landrum, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "Det er en periode med så hurtige forandringer, at observationer af tidligere vejrmønstre ikke længere viser, hvad du kan forvente næste år. Arktis er allerede på vej ind i et helt andet klima end for blot et par årtier siden."

I den nye undersøgelse, Landrum og hendes medforfatter, NCAR videnskabsmand Marika Holland, opdage, at arktisk havis er smeltet så markant i de seneste årtier, at selv et usædvanligt koldt år ikke længere vil have den mængde sommerhavisen, der fandtes så sent som i midten af ​​det 20. århundrede. Efterårets og vinterens lufttemperaturer vil også varme nok til at komme ind i et statistisk distinkt klima i midten af ​​dette århundrede, efterfulgt af en sæsonbestemt ændring i nedbør, der vil resultere i yderligere måneder, hvor regn vil falde i stedet for sne.

Til studiet, Landrum og Holland brugte hundredvis af detaljerede computersimuleringer samt observationer af arktiske klimaforhold. Den enorme mængde data gjorde dem i stand til statistisk at definere klimagrænserne for det "gamle Arktis" - eller hvor meget variation der naturligt kan forekomme fra år til år - og derefter identificere, hvornår menneskeskabt opvarmning vil skubbe Arktis ud over disse naturlige grænser og ind i et nyt klima.

De fremtidige fremskrivninger, der er brugt til undersøgelsen, er baseret på et high-end scenarie for fremtidige emissioner af drivhusgasser, en bane kendt som RCP 8.5. Papiret noterer, imidlertid, at reducerede emissioner ville mindske omfanget af klimaændringer i Arktis.

Det skiftende klima har vidtrækkende enorme konsekvenser for økosystemer, forvaltning af vandressourcer, oversvømmelsesplanlægning, og infrastruktur.

Forskningen blev finansieret af National Science Foundation, som er NCARs sponsor, og National Oceanic and Atmospheric Administration. Den blev offentliggjort i denne uge i Natur klimaændringer .

Grundlæggende forandring

Det fjerne nord opvarmes hurtigere end områder med lavere breddegrader, hvilket skyldes en proces kendt som arktisk amplifikation. Dette sker, fordi lysfarvet havis, som reflekterer varme tilbage til rummet, erstattes af mørkere havvand, som fanger varmen. Ud over, relativt varme havvand er ikke længere beskyttet om vinteren så effektivt af de isolerende egenskaber af tyk havis.

Ændringerne i det arktiske klima er så dybtgående, at den gennemsnitlige udbredelse af havis i september, når den når sit årlige minimum, er faldet med 31 % siden det første årti af satellit-æraen (1979-88).

Landrum og Holland ønskede at afgøre, om dette fald viser, at det arktiske klima har ændret sig fundamentalt. De ønskede også at studere ændringer af to andre nøgleaspekter, der er tegn på den frosne tilstand i det arktiske klima:lufttemperaturer om efteråret og vinteren, og den sæsonbestemte overgang i nedbør fra overvejende sne til overvejende regn.

For at besvare disse spørgsmål, de vendte sig til flere simuleringer fra fem af verdens førende klimamodeller, der er blevet brugt til et internationalt forskningsprojekt kendt som Coupled Model Intercomparison Project 5, eller CMIP5. Det store antal simuleringer satte dem i stand til at samle et statistisk signifikant billede af arktisk klima, giver dem mulighed for at differentiere den naturlige klimavariabilitet fra år til år fra en overgang til et nyt arktisk klima.

Forskerne sammenlignede modellens output med observationer, bekræfter, at modellerne nøjagtigt fangede tidligere klima og derfor pålideligt kunne simulere fremtidigt klima.

Landrum og Holland anvendte derefter statistiske teknikker til at bestemme, hvornår klimatiske ændringer overskred grænserne for naturlig variabilitet. Til dette sidste spørgsmål, de identificerede et andet klima som dukker op, når det 10-årige gennemsnit var mindst to standardafvigelser væk fra gennemsnittet af klimaet i tiåret 1950-59.

Med andre ord, hvis havisens udbredelse ændrede sig så meget, at gennemsnittet i sige, 1990'erne var lavere i 97,7% af alle tilfælde end havisens udbredelse for noget år i 1950'erne, dengang blev 1990'erne defineret som et nyt klima.

Da de anvendte disse teknikker til havisens udstrækning, de fandt ud af, at Arktis allerede er trådt ind i et nyt klima. Hver af de fem modeller viste, at havis trak sig så dramatisk tilbage, at et nyt klima for havis var opstået i slutningen af ​​det 20. og begyndelsen af ​​det 21. århundrede.

Ser frem til, de fandt også ud af, at Arktis kan begynde at opleve stort set isfrie forhold i de næste adskillige årtier. Flere af modellerne indikerede, at Arktis kunne blive stort set isfrit i 3-10 måneder årligt ved udgangen af ​​århundredet, baseret på et scenarie med høje drivhusgasemissioner.

Med hensyn til lufttemperaturer, Landrum og Holland fokuserede på efterår og vinter, som er stærkt påvirket af sommertidens reduktion af havisen og den efterfølgende timing af isgenvæksten. De fandt ud af, at lufttemperaturerne over havet vil komme ind i et nyt klima i løbet af første halvdel eller midten af ​​dette århundrede, med lufttemperaturer over landopvarmning væsentligt senere i århundredet.

Den sæsonmæssige cyklus af nedbør vil ændre sig dramatisk ved midten af ​​århundredet. Hvis emissionerne fortsætter på et højt niveau, de fleste kontinentale regioner vil opleve en stigning i regntiden på 20-60 dage i midten af ​​århundredet og 60-90 dage i slutningen af ​​århundredet. I nogle arktiske områder, regn kan forekomme enhver måned af året ved århundredets slutning.

"Arktis vil sandsynligvis opleve ekstremer i havisen, temperatur, og nedbør, der er langt uden for noget, vi har oplevet før, " sagde Landrum. "Vi er nødt til at ændre vores definition af, hvad arktisk klima er."