Lavfrekvent variabilitet i havet, i observasjoner og modeller

Abstract

I denne oppgaven har vi studert lavfrekvent variabiliteten i havet gjennom det 20-århundret. I tillegg til observasjoner har vi brukt data fra fire klimamodeller; CCSM3, Gfdl-CM2.0, BCM2.0 og HadCM3, som er kjørt med grensebetingelser som skal representere de virkelige forholdene i denne perioden. Alle modellene inkluderer antropogene pådriv mens to i tillegg inkluderer naturlige pådriv (CCSM3 og Gfdl-CM2.0), ie. utslipp fra vulkanutbrudd og varierende solinnstråling.

Først studerte vi havets globale varmeinnhold. Observasjonene dekker tidsperioden fra 1950, og viser en langsiktig oppvarming samt store dekadale og mellomårlige svingninger. Vi fant at modellene med både naturlige og antropogene pådriv var nærmest observasjonene, både når det gjaldt trenden og variabiliteten. Samvariasjonen som var tydelig mellom det globale varmeinnholdet og solar irradians både i observasjoner og i modeller med naturlig pådriv etter 1950, skyldes at store vulkanutbrudd tilfeldigvis har kommet i takt med den 11-årige solsyklusen. Likevel er det likheter mellom tidsutviklingen til globalt varmeinnhold i CCSM3 og Gfdl.CM2.0 også i perioden før 1950, en periode med liten vulkansk aktivitet. Dette kan indikere at dekadiske variasjoner i solinnstråling påvirker variabiliteten til varmeinnholdet, men i så fall gjennom ikke-lineære prosesser siden samvariasjonen i varmeinnhold har en lavere frekvens enn solsyklusen.

Betydningen av trenden i solinnstråling var tydeligere og bidro til en oppvarming gjennom første halvdel av 1900-tallet. Denne oppvarmingen var fraværende i modellene med bare antropogene pådriv (BCM2.0 og HadCM3). En tilsvarende positiv trend i havets varmeinnhold mot slutten av århundret kan ikke forklares med en trend i solinnstråling. Denne oppvarmingen er tydelig i alle modellene, og må skyldes økningen av antropogene pådriv.

Variabilitet på dekadiske - flerdekadiske tidsskalaer dominerer signalet i havet mot høyere breddegrader, mens det på lavere breddegrader er variabilitet på tidsskalaer fra årlig til flerårig som dominerer. Vi delte opp verdenshavet i ulike områder, og fant at det globale signalet besto av bidrag med stor intern variabilitet, både i tidserien til hvert område og mellom områdene. Det var ingen av delområdene som entydig dominerte eller forklarte det globale signalet.

Til sist plukket vi ut et av disse områdene, nemlig det nordlige Stillehavet, for å studere den tredimensjonale variabiliteten i havtemperatur. Noen typiske trekk var synlige i alle modellene. Det er relativt kraftige variasjoner i forlengelsen av Kyroshio-Oyashiostrømmen, og anomalier forplanter seg østover over bassenget på midlere breddegrader. Energiflukser mellom hav og atmosfære er viktige og danner anomalier som oppstår i overflaten. Variabiliteten i området kan settes i sammenheng med vekselvirkninger mellom atmosfæriske strømningsmønstre og den subtropiske sirkulasjonen i havet.