Gå til hovedinnhold

Klimamodeller

Iceberg
Fotograf: Lars-Johan Naustvoll

Det er nå godt dokumentert at vi i tillegg til de naturlige klimavariasjonene har en global oppvarming som følge av menneskelige utslipp av drivhusgasser. Et naturlig spørsmål er hva dette betyr for våre havområder.

Vi vet at det fysiske havklima er viktig for økosystemene i havet og dermed for fiskeressursene. De naturlige variasjonene er store i våre områder, og på kort sikt (mindre enn 15 år) betyr disse mer enn den saktere globale oppvarmingen. På lang sikt (mer enn 30 år) vil imidlertid den globale oppvarmingen dominere.

De globale klimamodellene er store og kompliserte modeller som inkluderer atmosfære, hav og is, og de bruker derfor lang tid på å regne ut resultatene. Selv med økende regnekraft har disse modellene dårlig horisontal oppløsning i våre havområder. Disse modellene er relativt gode i de store åpne havområdene, men er dårligere i sokkelhav som Nordsjøen og Barentshavet. Videre har de globale modellene ofte problemer med sjøis, noe som slår ut i Barentshavet som er det området i Arktis med størst variabilitet i sjøisutbredelse.

Et virkemiddel her er nedskalering, hvor vi kjører vår regionale havmodell med drivkrefter fra en eller flere globale klimamodeller. Vi har blant annet gjort slike nedskaleringer for ulike utslippsscenarier på et område som dekker det nordlige Atlanterhavet, De nordiske hav, Barentshavet og Arktis. Figuren viser trenden i mars overflatetemperatur for scenarioet SSP5-8.5 i perioden 2015 til 2100. Dette scenariet gir en oppvarming på mer enn 4oC i langs Polarfronten og øst Barentshavet, i Grønlandshavet, og nord for Island og Svalbard, mens det ligger an til en svak avkjøling øst for Island og i den subpolare gyren. Animasjonen i viser temperaturanomalier i forhold til middelverdien for hele perioden i det samme nedskalerte scenariet. De store år-til-år variasjonene illustrerer den naturlige variabiliteten i systemet som kommer på toppen av trenden vist i figur 1. Det må her minnes om at usikkerheten i den fremtidige utviklingen er stor da resultatene spriker både mellom de ulike globale modellene og de ulike scenariene.

Havforskningsinstituttets regionale havmodell NEMO-NA10KM (Hordoir et al., 2021; Vihtakari et al., 2021) blir brukt til å nedskalere globale klimamodeller for å gjøre resultatene bedre for våre havområder. NEMO-NAA10KM dekker området fra det nordlige Atlanterhavet til Arktis, med en horisontal oppløsning på rundt 10 km i de norske havområdene. Den er basert på havmodellen NEMO3.6 (Madec et al., 2015) og ismodellen LIM3 (Vancoppenolle et al., 2008), og simulerer strøm, saltholdighet, temperatur, vannstand og sjøiskonsentrasjon og -dybde både bakover og fremover i tid. Simuleringer som dekker perioder bakover i tid, såkalte hindcast-kjøringer, er drevet med observasjonsbaserte atmosfæriske drivkrefter på overflaten og oseanografiske grenseflatebetingelser på rendene av modellområdet. På den måten kan man evaluere modellens egenskaper som strøm, hydrografi og sjøis mot observasjoner. Først når det er gjort kan modellen brukes til regionale fremskrivninger ved å nedskalere scenarier fra globale modeller. De globale modellene har gjerne deltatt i klimamodelleringsprosjekter (CMIP) som bruker det samme utvalget av historiske eksperimenter og utslippsscenarier for enkelt å kunne sammenligne de ulike modellresultatene. Forskere ved Havforskningsinstituttet har så langt brukt NEMO-NAA10KM til å nedskalere den norske klimamodellen NorESM2-MM (Bentsen et al., 2013) for CMIP6 scenariene som representerer henholdsvis lave, middels og store klimautfordringer, SSP1-2.6, SSP2-4.5 og SSP5-8.6. Resultatene fra disse simuleringene kan så brukes inn i Havforskningsinstituttets økosystemmodeller NORWECOM.e2e (Skogen et al., 2014) og NoBa Atlantis (Hansen et al., 2019a) for å studere effekter av klimaendringer på ulike trofiske nivåer i det marine økosystem.

Tidligere har også havmodellen ROMS vært brukt til å nedskalere ulike CMIP3 og CMIP5 modeller (Shchepetkin and McWilliams, 2005; Sandø et al. 2014) som igjen har blitt brukt til analyser av effekter på det marine økosystem (Skogen et al., 2018; Hansen et al., 2019b; Sandø et al., 2020; Sandø et al., 2021).

Modellert temperatur i overflaten
Modellert temperatur i overflaten fra NEMO-NAA10KM SSP2-4.5, midlet over dagens klima (2015-2035), og fremtidige endringer (2080-2099 - 2015-2035). 

Hansen, C., Drinkwater, K. F., Jähkel, A., Fulton, E. A., Gorton, R., and Skern-Mauritzen, M. 2019a. Sensitivity of the norwegian and barents sea atlantis end-to-end ecosystem model to parameter perturbations of key species. PLOS ONE, 14: 1–24. URL https://doi.org/10.1371/journal.pone.0210419.
Hansen, C., Nash, R. D. M., Drinkwater, K. F., and Hjøllo, S. S. 2019b. Management scenarios under climate change – a study of the Nordic and Barents Seas. Frontiers in Marine Science, 6: 668. URL https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fmars.2019.00668.
Hordoir, R., Ingvaldsen, R., Skagseth, Ø., Sandø, A. B., Loptien, U., Dietze, H., and Lind, S.Changes in Arctic Stratification and Mixed Layer Depth Cycle, A Modeling Analysis. Submitted to JGR Ocean.
Sandø, A. B., Budgell, W. P., Ådlandsvik, B., Skogen, M. D., Hjøllo, S. S., and Mousing, E. A. 2021. Barents Sea plankton production and controlling factors in a fluctuating climate. Conditionally accepted in ICES J. Mar. Sci.
Sandø, A. B., Johansen, G. O., Aglen, A., Stiansen, J. E., and Renner, A. H. H. 2020.
Climate change and new potential spawning sites for Northeast Arctic cod. Frontiers in Marine Science, 7: 28. URL https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fmars.2020.00028.
Sandø, A. B., Melsom, A., and Budgell, W. P. 2014. Downscaling IPCC control run and future scenario with focus on the Barents Sea. Ocean Dynamics, 64: 927–949.
Shchepetkin, A. F. and McWilliams, J. C. 2005. The regional oceanic modeling system (ROMS): a split-explicit, free-surface, topography-following-coordinate oceanic model. Ocean Modelling, 9: 347–404.
Skogen, M. D., Hjøllo, S. S., Sandø, A. B., and Tjiputra, J. 2018. Future ecosystem changes in the Northeast Atlantic: a comparison between a global and a regional model system. ICES Journal of Marine Science, p. fsy088. URL http://dx.doi.org/10.1093/icesjms/fsy088.
Skogen, M. D., Olsen, A., Børsheim, K. Y., Sandø, A. B., and Skjelvan, I. 2014. Modelling ocean acidification in the nordic and barents seas in present and future climate. Journal of Marine Systems, 131: 10 – 20.
Vihtakari, M., Robinson Holdoir, Margaret Treble, Meaghan D. Bryan, Bjarki Elvarsson, Adriana Nogueira, Elvar H. Hallfredsson, Jørgen Schou Christiansen, and Ole Thomas Albert. Pan-Arctic suitable habitat model for Greenland halibut. ICES Journal of Marine Science (2021), doi:10.1093/icesjms/fsab007 (In Press)