Cessation of southern ocean deep convection under anthropogenic climate change

• Main Author: de Lavaissiere de Lavergne, Casimir
• Other Authors: Eric Douglas Galbraith (Internal/Cosupervisor2), Jaime Palter (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Earth Sciences - Physical Oceanography; Antarctic; Austral; Southern Ocean; The Antarctic; Antarc*; ice pack
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119766

In 1974, newly available satellite observations unveiled the presence of a giant ice-free area within the Antarctic ice pack, which persisted throughout the winter, and formed again in the next two winters. Subsequent research showed that deep convective overturning kept the waters ice-free, through the massive release of heat rising from the deep sea. While the polynya has aroused continued interest among climate scientists, it has not reappeared since 1976. Here we use model experiments to show that deep convection in the Southern Ocean, common in current generation climate models, is highly sensitive to anthropogenic forcing, and ceases in many models when forced by a high emissions climate change scenario. The slowdown in deep ventilation follows from the gradual freshening of polar surface waters, a trend which is borne out by observations over recent decades. Our results suggest that deep convection in the Southern Ocean will be less common in future, and may have already been significantly reduced compared to the pre-industrial period, with important consequences for ocean circulation and climate. En 1974, des observations satellite nouvellement disponibles révélèrent la présence d'une géante surface d'eau libre au sein de la glace de mer entourant l'Antarctique, qui persista tout au long de l'hiver et réapparut les deux hivers suivants. Les recherches qui suivirent montrèrent que les eaux étaient maintenues libres de glace par la convection profonde, permettant à une grande quantité de chaleur de remonter des profondeurs pour être ensuite libérée dans l'atmosphère. Si la polynya continue de susciter l'intérêt des climatologues, elle n'est cependant pas réapparue depuis 1976. Nous utilisons ici des expériences de modélisation pour montrer que la convection profonde dans l'Océan Austral, commune dans les modèles de climat actuels, est fortement sensible au forçage anthropique, et cesse dans beaucoup de modèles quand ceux-ci sont forcés par un scénario de fortes émissions. Le ralentissement de la ventilation profonde résulte de la baisse progressive de la salinité des eaux de surface, une tendance corroborée par les observations des dernières décennies. Nos résultats suggèrent que la convection profonde dans l'Océan Austral sera moins fréquente dans le futur, et a peut-être déjà été significativement affaiblie relativement à la période préindustrielle, avec d'importantes conséquences pour la circulation océanique et le climat.