Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms

International audience Net primary production (PP) in the Arctic should increase over this century, due to sea ice retreat, inducing an increase in available light, but could decrease if nitrate renewal is insufficient. Here, simulations performed with 11 Earth System Models from the CMIP5 exercise,...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: Vancoppenolle, Martin, Bopp, Laurent, Madec, Gurvan, Dunne, John, Ilyina, Tatiana, Halloran, Paul R., Steiner, Nadja
Other Authors: Couplage physique-biogéochimie-carbone (PHYBIOCAR), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE), 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)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Format: Conference Object
Language:English
Published: HAL CCSD 2013
Subjects:
Online Access:https://hal.science/hal-00833027
id ftinsu:oai:HAL:hal-00833027v1
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Institut national des sciences de l'Univers: HAL-INSU
op_collection_id ftinsu
language English
topic [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes
spellingShingle [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes
Vancoppenolle, Martin
Bopp, Laurent
Madec, Gurvan
Dunne, John
Ilyina, Tatiana
Halloran, Paul R.
Steiner, Nadja
Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
topic_facet [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph]
[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes
description International audience Net primary production (PP) in the Arctic should increase over this century, due to sea ice retreat, inducing an increase in available light, but could decrease if nitrate renewal is insufficient. Here, simulations performed with 11 Earth System Models from the CMIP5 exercise, covering 1900-2100, are analyzed using Arctic PP, surface nitrate and sea ice concentrations. Whereas the mean model well simulates Arctic-integrated PP at 511 TgC/yr for 1998-2005 and projects a 58 TgC/yr increase by 2080-2099, models neither agree on what limits PP today, nor on the sign of future PP change. However, the same mechanisms operate in all models. First, both sea ice and nitrate decrease over the 21st century. Depending on the model, the strengthening nitrate stress is sufficient to overcome the effect of light increase. The inter-model spread stems from present nitrate stocks, poorly constrained by observations and characterized by an inter-model uncertainty of >50% of the mean. Second, virtually all models agree in the open ocean zones on more spatially-integrated PP and less PP per unit area. Where models disagree is the sea ice zone, where a subtle balance between light and nutrient limitations determines the change in productivity. Hence, it is argued that reducing uncertainty on present Arctic nitrate would render Arctic PP projections much more consistent. That is definitely required to understand the impact of climate change on the Arctic food webs and carbon cycle.
author2 Couplage physique-biogéochimie-carbone (PHYBIOCAR)
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE)
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)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
format Conference Object
author Vancoppenolle, Martin
Bopp, Laurent
Madec, Gurvan
Dunne, John
Ilyina, Tatiana
Halloran, Paul R.
Steiner, Nadja
author_facet Vancoppenolle, Martin
Bopp, Laurent
Madec, Gurvan
Dunne, John
Ilyina, Tatiana
Halloran, Paul R.
Steiner, Nadja
author_sort Vancoppenolle, Martin
title Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
title_short Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
title_full Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
title_fullStr Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
title_full_unstemmed Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms
title_sort future arctic primary productivity from cmip5 simulations: uncertain outcome, but consistent mechanisms
publisher HAL CCSD
publishDate 2013
url https://hal.science/hal-00833027
op_coverage Vienne, Austria
genre Arctic
Climate change
Sea ice
genre_facet Arctic
Climate change
Sea ice
op_source EGU General Assembly 2013
https://hal.science/hal-00833027
EGU General Assembly 2013, Apr 2013, Vienne, Austria. pp.9229
op_relation hal-00833027
https://hal.science/hal-00833027
BIBCODE: 2013EGUGA.15.9229V
_version_ 1797575920506109952
spelling ftinsu:oai:HAL:hal-00833027v1 2024-04-28T08:06:26+00:00 Future Arctic Primary Productivity from CMIP5 Simulations: Uncertain Outcome, but Consistent Mechanisms Vancoppenolle, Martin Bopp, Laurent Madec, Gurvan Dunne, John Ilyina, Tatiana Halloran, Paul R. Steiner, Nadja Couplage physique-biogéochimie-carbone (PHYBIOCAR) Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN) Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)) École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE) 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)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) Vienne, Austria 2013-04-07 https://hal.science/hal-00833027 en eng HAL CCSD hal-00833027 https://hal.science/hal-00833027 BIBCODE: 2013EGUGA.15.9229V EGU General Assembly 2013 https://hal.science/hal-00833027 EGU General Assembly 2013, Apr 2013, Vienne, Austria. pp.9229 [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph] [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph] [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes info:eu-repo/semantics/conferenceObject Conference papers 2013 ftinsu 2024-04-05T00:21:12Z International audience Net primary production (PP) in the Arctic should increase over this century, due to sea ice retreat, inducing an increase in available light, but could decrease if nitrate renewal is insufficient. Here, simulations performed with 11 Earth System Models from the CMIP5 exercise, covering 1900-2100, are analyzed using Arctic PP, surface nitrate and sea ice concentrations. Whereas the mean model well simulates Arctic-integrated PP at 511 TgC/yr for 1998-2005 and projects a 58 TgC/yr increase by 2080-2099, models neither agree on what limits PP today, nor on the sign of future PP change. However, the same mechanisms operate in all models. First, both sea ice and nitrate decrease over the 21st century. Depending on the model, the strengthening nitrate stress is sufficient to overcome the effect of light increase. The inter-model spread stems from present nitrate stocks, poorly constrained by observations and characterized by an inter-model uncertainty of >50% of the mean. Second, virtually all models agree in the open ocean zones on more spatially-integrated PP and less PP per unit area. Where models disagree is the sea ice zone, where a subtle balance between light and nutrient limitations determines the change in productivity. Hence, it is argued that reducing uncertainty on present Arctic nitrate would render Arctic PP projections much more consistent. That is definitely required to understand the impact of climate change on the Arctic food webs and carbon cycle. Conference Object Arctic Climate change Sea ice Institut national des sciences de l'Univers: HAL-INSU