Impact of Southern Ocean surface conditions on deep ocean circulation during the LGM: a model analysis

• Published in: Climate of the Past
• Main Authors: Lhardy, Fanny, Bouttes, Nathaëlle, Roche, Didier M., Crosta, Xavier, Waelbroeck, Claire, Paillard, Didier
• Other Authors: Modélisation du climat (CLIM), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Vrije Universiteit Amsterdam Amsterdam (VU), UMR 5805 Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC), Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), French National program LEFE (Les Enveloppes Fluides et l'Environnement) project GLACOCEAN, European Project: 339108,EC:FP7:ERC,ERC-2013-ADG,ACCLIMATE(2014)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2021
• Subjects: Last Glacial Maximum; Southern Ocean; iLOVECLIM model; [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography; [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology; Antarctic; Antarc*; Antarctica; Ice Sheet; NADW; North Atlantic Deep Water; North Atlantic; Sea ice
• Online Access: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03252944; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03252944/document; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03252944/file/cp-17-1139-2021.pdf; https://doi.org/10.5194/cp-17-1139-2021

International audience Changes in water mass distribution are considered to be a significant contributor to the atmospheric CO2 concentration drop to around 186 ppm recorded during the Last Glacial Maximum (LGM). Yet simulating a glacial Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) in agreement with paleotracer data remains a challenge, with most models from previous Paleoclimate Modelling Intercomparison Project (PMIP) phases showing a tendency to simulate a strong and deep North Atlantic Deep Water (NADW) instead of the shoaling inferred from proxy records of water mass distribution. Conversely, the simulated Antarctic Bottom Water (AABW) is often reduced compared to its pre-industrial volume, and the Atlantic Ocean stratification is underestimated with respect to paleoproxy data. Inadequate representation of surface conditions, driving deep convection around Antarctica, may explain inaccurately simulated bottom water properties in the Southern Ocean. We investigate here the impact of a range of surface conditions in the Southern Ocean in the iLOVECLIM model using nine simulations obtained with different LGM boundary conditions associated with the ice sheet reconstruction (e.g., changes of elevation, bathymetry, and land–sea mask) and/or modeling choices related to sea-ice export, formation of salty brines, and freshwater input. Based on model–data comparison of sea-surface temperatures and sea ice, we find that only simulations with a cold Southern Ocean and a quite extensive sea-ice cover show an improved agreement with proxy records of sea ice, despite systematic model biases in the seasonal and regional patterns. We then show that the only simulation which does not display a much deeper NADW is obtained by parameterizing the sinking of brines along Antarctica, a modeling choice reducing the open-ocean convection in the Southern Ocean. These results highlight the importance of the representation of convection processes, which have a large impact on the water mass properties, while the choice of ...