Climatic response to Milankovitch forcing as simulated by a zonally averaged ocean-atmosphere-sea ice model

• Main Author: Antico, Andres
• Other Authors: Lawrence A Mysak (Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Earth Sciences - Geophysics; Arctic; Arctic Ocean; Austral; Arctique*; Sea ice
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=66828

A reduced complexity ocean-atmosphere-sea ice model is developed to study the transient response of climate to Milankovitch forcing. The ocean component is a zonally averaged model of the meridional overturning circulation in different basins. The atmospheric component is a one-dimensional (latitudinal) energy-moisture balance model. A thermodynamic sea-ice model is used. The following numerical experiments are performed with this model. First, two time-dependent solutions of the model are obtained for the time interval 5-3 Myr BP. One solution does not include sea ice and the Arctic Ocean; the other solution does include these two features. A fixed hydrological cycle is used in both solutions. The main results from these experiments are the following: (i) changes in annual-mean surface air temperature mainly follow the obliquity-driven changes in annual-mean insolation, (ii) the partition of annual-mean ocean temperature variability among different Milankovitch frequencies significantly varies with latitude and depth, (iii) sea ice acts as a time-integrator of summer insolation changes so that the area and volume of sea-ice cover mainly oscillate at the obliquity frequency, and (iv) austral sea ice diminishes the temperature variability of deep water of southern origin. Second, one more time-dependent solution of the model is obtained for the last 1 Myr. For this solution, the model version without the Arctic Ocean and sea ice is extended to include an active hydrological cycle. When a changing hydrological cycle is included it is found that (i) the response of annual-mean surface air and ocean temperatures does not significantly change, and (ii) annual-mean hydrological variables (e.g., evaporation rate) mainly oscillate near the obliquity frequency. The long-term deep ocean temperature changes found in our model solutions are qualitatively consistent with similar variability observed in benthic forami Dans cette recherche nous développons un modèle océan-atmosphère-glace de mer de complexité réduite afin d'étudier la réponse transitoire du climat au forçage de Milankovitch. La composante océanique est un modèle zonalement intégré de circulation océanique. La composante atmosphérique est un modèle unidimensionnel (latitudinal) du bilan énergétique de l'atmosphère. Nous utilisons un modèle thermodynamique de glace de mer. Les expériences numériques suivantes sont réalisées sur la base de ce modèle.Premièrement, deux expériences numériques sont effectuées pour l'intervalle de temps 5-3 Myr BP. Une expérience ne comprend pas la glace de mer, ni l'Océan Arctique; l'autre expérience comprend ces deux caractéristiques. Un cycle hydrologique fixe est utilisé dans les deux cas. Les résultats principaux de ces expériences sont: (i) les changements de la température de l'atmosphère suivent principalement les changements de la moyenne annuelle d'insolation induits par l'obliquité, (ii) la partition de la variabilité de la température moyenne annuelle de l'océan parmi différentes fréquences de Milankovitch varie d'une manière significative en fonction de la latitude et de la profondeur, (iii) la glace de mer intègre les changements d'insolation pendant l'été, de sorte que le volume et la surface occupée par la glace de mer oscillent principalement avec la période d'obliquité, et (iv) la glace de mer australe diminue la variabilité de température de l'eau profonde.Deuxièmement, une autre expérience numérique est obtenue pour le dernier million d'années. Pour cette expérience la version du modèle sans l'Océan Arctique est modifiée pour inclure un cycle hydrologique actif. Lorsque un cycle hydrologique changeant est inclus, nous avons trouvé que (i) la réponse de la moyenne annuelle des températures de l'atmosphère et de l'océan ne change pas d'u