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51. Contribution of genome scale metabolic modeling to niche theory

Author: Chris Bowler, Antoine Régimbeau, Laurent Mémery, Juan José Pierella Karlusich, Olivier Aumont, Marko Budinich, Abdelhalim Larhlimi, Damien Eveillard, Combinatoire et Bioinformatique (LS2N - équipe COMBI), Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - 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Subjects: [INFO.INFO-AI] Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], Niche, [INFO.INFO-OH]Computer Science [cs]/Other [cs.OH], Genome scale, Biology, [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], 03 medical and health sciences, Metabolic modeling, Gene, Organism, 030304 developmental biology, [INFO.INFO-BI] Computer Science [cs]/Bioinformatics [q-bio.QM], Ecological niche, 0303 health sciences, [SDV.BIBS] Life Sciences [q-bio]/Quantitative Methods [q-bio.QM], 030306 microbiology, [SDV.EE.IEO] Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis, Phenotype, [SDV.BIBS]Life Sciences [q-bio]/Quantitative Methods [q-bio.QM], Environmental niche modelling, [INFO.INFO-OH] Computer Science [cs]/Other [cs.OH], [SDE.BE] Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, Evolutionary biology, [INFO.INFO-BI]Computer Science [cs]/Bioinformatics [q-bio.QM], [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, [SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis
Abstract: Standard niche modeling is based on probabilistic inference from organismal occurrence data but does not benefit yet from genome-scale descriptions of these organisms. This study over-comes this shortcoming by proposing a new conceptual niche that encompasses the whole metabolic capabilities of an organism. The so-called metabolic niche resumes well-known traits such as nutrient needs and their dependencies for survival. Despite the computational challenge, its implementation allows the detection of traits and the formal comparison of niches of different organisms, emphasizing that the presence-absence of functional genes is not enough to approximate the phenotype. Further statistical exploration of an organism’s niche sheds light on genes essential for the metabolic niche and their role in understanding various biological experiments, such as transcriptomics, paving the way for incorporating better the genome-scale description in ecological studies.
Published: 2021

52. Presentation and Evaluation of the IPSL‐CM6A‐LR Ensemble of Extended Historical Simulations

Author: Julie Deshayes, Rémy Bonnet, Guillaume Gastineau, Jérôme Servonnat, Olivier Boucher, Juliette Mignot, Didier Swingedouw, Frédéric Hourdin, 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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Bordeaux 1 (UB)-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), ANR-17-EURE-0006,IPSL-CGS,IPSL Climate graduate school(2017), European Project: 820829,CONSTRAIN H2020, European Project: 727852,Blue-Action(2016), European Project: 776613,Fighting and adapting to climate change,H2020-EU.3.5.1,EUCP(2017), 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), 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 - 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CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE)
Subjects: climate variability, Physical geography, 010504 meteorology & atmospheric sciences, GC1-1581, 010502 geochemistry & geophysics, Oceanography, 01 natural sciences, Surface air temperature, Sea ice, Environmental Chemistry, Initial value problem, decadal ocean variability, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, geography, geography.geographical_feature_category, Global temperature, Mode (statistics), GB3-5030, 13. Climate action, Climatology, global climate models, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, Climate model, Ocean heat content, Warming rate
Abstract: International audience The Institut Pierre-Simon Laplace Climate Modeling Center has produced an ensemble of extended historical simulations using the IPSL-CM6A-LR climate model. This ensemble (referred to as IPSL-EHS) is composed of 32 members over the 1850–2059 period that share the same external forcings but differ in their initial conditions. In this study, we assess the simulated decadal to multidecadal climate variability in the IPSL-EHS. In particular, we examine the global temperature evolution and recent warming trends, and their consistency with ocean heat content and sea ice cover. The model exhibits a large low-frequency internal climate variability. In particular, a quasi-bicentennial mode of internal climate variability is present in the model and is associated with the Atlantic Meridional Overturning Circulation. Such variability modulates the global mean surface air temperature changes over the historical period by about $\sim$0.1K. This modulation is found to be linked to the phase present in the initial condition state of each member. This variability appears to decrease during the 1850–2018 period in response to external forcings. The analysis of the ocean heat content reveals furthermore an overestimation of the ocean stratification, which likely leads to an overestimation of the recent warming rate on average
Published: 2021

53. Bridging the gaps between particulate backscattering measurements and modeled particulate organic carbon in the ocean

Author: Raffaele Bernardello, Hervé Claustre, Olivier Aumont, Martí Galí, Marcus Falls, Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputacion (BSC - CNS), Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and Barcelona Supercomputing Center
Subjects: Biogeochemical cycle, Mesopelagic zone, Global climate, Plàncton marí, Atmospheric sciences, Zooplankton, Biogeochemical models, Carbon cycle, Flux (metallurgy), Ocean gyre, Simulació per ordinador, Phytoplankton, 14. Life underwater, Ocean-atmosphere interaction, Biological carbon pump, Ecology, Evolution, Behavior and Systematics, Oceanic particulate organic carbon (POC), Earth-Surface Processes, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, geography, Enginyeria agroalimentària::Ciències de la terra i de la vida::Climatologia i meteorologia [Àrees temàtiques de la UPC], geography.geographical_feature_category, Particulates, Biogeochemical cycles, [SDU]Sciences of the Universe [physics], 13. Climate action
Abstract: Oceanic particulate organic carbon (POC) is a small but dynamic component of the global carbon cycle. Biogeochemical models historically focused on reproducing the sinking flux of POC driven by large fast-sinking particles (LPOC). However, suspended and slow-sinking particles (SPOC, here < 100 µm) dominate the total POC (TPOC) stock, support a large fraction of microbial respiration, and can make sizable contributions to vertical fluxes. Recent developments in the parameterization of POC reactivity in PISCES (Pelagic Interactions Scheme for Carbon and Ecosystem Studies model; PISCESv2_RC) have improved its ability to capture POC dynamics. Here we evaluated this model by matching a global 3D simulation and 1D simulations at 50 different locations with observations made from biogeochemical (BGC-) Argo floats and satellites. Our evaluation covers globally representative biomes between 0 and 1000 m depth and relies on (1) a refined scheme for converting particulate backscattering at 700 nm (bbp700) to POC, based on biome-dependent POC / bbp700 ratios in the surface layer that decrease to an asymptotic value at depth; (2) a novel approach for matching annual time series of BGC-Argo vertical profiles to PISCES 1D simulations forced by pre-computed vertical mixing fields; and (3) a critical evaluation of the correspondence between in situ measurements of POC fractions, PISCES model tracers, and SPOC and LPOC estimated from high vertical resolution bbp700 profiles through a separation of the baseline and spike signals. We show that PISCES captures the major features of SPOC and LPOC across a range of spatiotemporal scales, from highly resolved profile time series to biome-aggregated climatological profiles. Model–observation agreement is usually better in the epipelagic (0–200 m) than in the mesopelagic (200–1000 m), with SPOC showing overall higher spatiotemporal correlation and smaller deviation (typically within a factor of 1.5). Still, annual mean LPOC stocks estimated from PISCES and BGC-Argo are highly correlated across biomes, especially in the epipelagic (r=0.78; n=50). Estimates of the SPOC / TPOC fraction converge around a median of 85 % (range 66 %–92 %) globally. Distinct patterns of model–observations misfits are found in subpolar and subtropical gyres, pointing to the need to better resolve the interplay between sinking, remineralization, and SPOC–LPOC interconversion in PISCES. Our analysis also indicates that a widely used satellite algorithm overestimates POC severalfold at high latitudes during the winter. The approaches proposed here can help constrain the stocks, and ultimately budgets, of oceanic POC.
Published: 2021

54. An Atmospheric Constraint on the Seasonal Air‐Sea Exchange of Oxygen and Heat in the Extratropics

Author: Keith B. Rodgers, Laure Resplandy, J. Bent, Sara Mikaloff-Fletcher, Ralph F. Keeling, Jasmin G. John, M. Manizza, Matthew C. Long, Ivan D. Lima, Scott C. Doney, Cynthia D. Nevison, Yuming Jin, Eric J. Morgan, John P. Dunne, Olivier Aumont, Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), Princeton University, National Institute of Water and Atmospheric Research [Wellington] (NIWA), Institute of Arctic Alpine Research [University of Colorado Boulder] (INSTAAR), University of Colorado [Boulder], National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Department of Environmental Sciences [Charlottesville], University of Virginia, NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), IBS Center for Climate Physics, Pusan National University, Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California-University of California, Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), 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), and University of Virginia [Charlottesville]
Subjects: 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Redistribution (cultural anthropology), Permission, Oceanography, 01 natural sciences, Constraint (information theory), Geophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, Climatology, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Environmental science, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Author Posting. © American Geophysical Union, 2021. This article is posted here by permission of American Geophysical Union for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Geophysical Research: Oceans 126(8), (2021): e2021JC017510, https://doi.org/10.1029/2021JC017510.
Published: 2021

55. Pathways to sustaining tuna-dependent Pacific Island economies during climate change

Author: Simon J. Nicol, Peter A Williams, Sue Taei, Timothy Adams, Glen Holmes, Matthieu Lengaigne, Sangaalofa Clark, William Mansfield, Inna Senina, Thomas Gorgues, Patrick Lehodey, Martin Tsamenyi, Morgane Dessert, Quentin A Hanich, Katherine Seto, Christophe E. Menkès, Beatriz Calmettes, Harriet Harden-Davies, Coral Pasisi, Chis Reid, John M. Hampton, Olivier Aumont, Alex Sen Gupta, Yoshitaka Ota, Marion Gehlen, Espen Ronneberg, Neville Smith, Graham M. Pilling, Johann D. Bell, Steven R. Hare, University of Wollongong [Australia], Collecte Localisation Satellites (CLS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Parties to the Nauru Agreement Office, Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-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)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Communauté du Pacifique/Pacific Community, MARine Biodiversity Exploitation and Conservation (UMR MARBEC), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecologie marine tropicale des océans Pacifique et Indien (ENTROPIE [Nouvelle-Calédonie]), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [Nouvelle-Calédonie])-Ifremer - Nouvelle-Calédonie, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de la Nouvelle-Calédonie (UNC), 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), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Ifremer - Nouvelle-Calédonie, and Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [Nouvelle-Calédonie])-Université de la Nouvelle-Calédonie (UNC)
Subjects: 0106 biological sciences, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Geography, Planning and Development, Climate change, Management, Monitoring, Policy and Law, 01 natural sciences, Effects of global warming, 14. Life underwater, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, Nature and Landscape Conservation, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, Ecology, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, 010604 marine biology & hydrobiology, Urban Studies, Climate Action, Geography, International waters, Economy, 13. Climate action, Greenhouse gas, Sustainability, Fisheries management, Small Island Developing States, Tuna, Food Science
Abstract: Climate-driven redistribution of tuna threatens to disrupt the economies of Pacific Small Island Developing States (SIDS) and sustainable management of the world’s largest tuna fishery. Here we show that by 2050, under a high greenhouse gas emissions scenario (RCP 8.5), the total biomass of three tuna species in the waters of ten Pacific SIDS could decline by an average of 13% (range = −5% to −20%) due to a greater proportion of fish occurring in the high seas. The potential implications for Pacific Island economies in 2050 include an average decline in purse-seine catch of 20% (range = −10% to −30%), an average annual loss in regional tuna-fishing access fees of US$90 million (range = −US$40 million to –US$140 million) and reductions in government revenue of up to 13% (range = −8% to −17%) for individual Pacific SIDS. Redistribution of tuna under a lower-emissions scenario (RCP 4.5) is projected to reduce the purse-seine catch from the waters of Pacific SIDS by an average of only 3% (range = −12% to +9%), indicating that even greater reductions in greenhouse gas emissions, in line with the Paris Agreement, would provide a pathway to sustainability for tuna-dependent Pacific Island economies. An additional pathway involves Pacific SIDS negotiating within the regional fisheries management organization to maintain the present-day benefits they receive from tuna, regardless of the effects of climate change on the distribution of the fish. Climate change will alter the distribution of tuna, impacting the economies of Pacific Small Island Developing States. This study finds that greater greenhouse gas emissions will worsen these impacts.
Published: 2021

56. Should we account for mesozooplankton reproduction and ontogenetic growth in biogeochemical modeling?

Author: Corentin Clerc, Laurent Bopp, Olivier Aumont, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ANR-17-CE32-0008,CIGOEF,Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes et les pêcheries océaniques globaux.(2017), 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), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Subjects: 0106 biological sciences, Biogeochemical cycle, Biomass (ecology), 010504 meteorology & atmospheric sciences, Ecology, 010604 marine biology & hydrobiology, Ecological Modeling, media_common.quotation_subject, fungi, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Plankton, 01 natural sciences, Nutrient, Phytoplankton, Environmental science, Marine ecosystem, 14. Life underwater, Reproduction, 0105 earth and related environmental sciences, Trophic level, media_common
Abstract: Mesozooplankton play a key role in marine ecosystems as they modulate the transfer of energy from phytoplankton to large marine organisms. In addition, they directly influence the oceanic cycles of carbon and nutrients through vertical migrations, fecal pellet production, respiration, and excretion. Mesozooplankton are mainly made up of metazoans, which undergo important size changes during their life cycle, resulting in significant variations in metabolic rates. However, most marine biogeochemical models represent mesozooplankton as protists-like organisms. Here, we study the potential caveats of this simplistic representation by using a chemostat-like zero-dimensional model with four different Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton configurations in which the description of mesozooplankton ranges from protist-type organisms to using a size-based formulation including explicit reproduction and ontogenetic growth. We show that the size-based formulation strongly impacts mesozooplankton. First, it generates a delay of a few months in the response to an increase in food availability. Second, the increase in mesozooplankton biomass displays much larger temporal variations, in the form of successive cohorts, because of the dependency of the ingestion rate to body size. However, the size-based formulation does not affect smaller plankton or nutrient concentrations. A proper assessment of these top-down effects would require implementing our size-resolved approach in a 3-dimensional biogeochemical model. Furthermore, the bottom-up effects on higher trophic levels resulting from the significant changes in the temporal dynamics of mesozooplankton could be estimated in an end-to-end model coupling low and high trophic levels.
Published: 2021

57. Influence of ocean tides and ice shelves on ocean–ice interactions and dense shelf water formation in the D’Urville Sea, Antarctica

Author: Pierre-Vincent Huot, Pierre Mathiot, Xavier Fettweis, Clément Rousset, Christoph Kittel, Thierry Fichefet, Nicolas C. Jourdain, Earth and Life Institute [Louvain-La-Neuve] (ELI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Met Office Climate Research Division, United Kingdom Met Office [Exeter], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Université de Liège, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate
Subjects: Ocean, Atmospheric Science, Water mass, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Sea ice, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Tides, Oceanography, 01 natural sciences, Ice shelf, Computer Science (miscellaneous), 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, geography, geography.geographical_feature_category, 010505 oceanography, Dense Shelf Water, Ocean current, East antarctica, East Antarctica, Ice shelves, Geotechnical Engineering and Engineering Geology, Salinity, Antarctic Bottom Water, 13. Climate action, Formation water, Geology
Abstract: International audience; The D’Urville Sea, East Antarctica, is a major source of Dense Shelf Water (DSW), a precursor of Antarctic Bottom Water (AABW). AABW is a key water mass involved in the worldwide ocean circulation and long-term climate variability. The properties of AABW in global climate models suffer from several biases, making climate projections uncertain. These models are potentially omitting or misrepresenting important mechanisms involved in the formation of DSW, such as tides and ocean–ice shelf interactions. Recent studies pointed out that tides and ice shelves significantly influence the coastal seas of Antarctica, where AABW originates from. Yet, the implications of these two processes in the formation and evolution of DSW are poorly understood, in particular in the D’Urville Sea. Using a series of NEMO-LIM numerical simulations, we assess the sensitivity of dense water formation in the D’Urville Sea to the representation of tides and ocean–ice shelf interactions during the years 2010–2015. We show that the ice shelves off Adélie Land are highly sensitive to tidal forcing, with a significant basal melt increase in the presence of tides. Ice shelf basal melt freshens and cools the ocean over significant portions of the coastal seas at the depth of the ice shelf draft. An opposite warming and increase in salinity are found in the upper layers. The influence of ice shelf basal melt on the ocean is largely increased in the presence of tides. However, the production of sea ice is found to be mostly unaffected by these two processes. Water mass transport out of polynyas and ice shelf cavities are then investigated, together with their sensitivity to tides and ocean–ice shelf interactions. Ice shelf basal melt impacts the volume of dense waters in two ways: (1) Dense Shelf Water and Modified Shelf Water are consumed to form water masses of intermediate density inside the ice shelf cavities, and (2) the freshening of the ocean subsurface makes its transformation into dense water by sea ice formation more difficult. These results suggest that ice shelf basal melt variability can explain part of the observed changes of dense water properties, and may also affect the production of dense water in a future climate.
Published: 2021

58. Sub‐Ice Platelet Layer Physics: Insights From a Mushy‐Layer Sea Ice Model

Author: Patricia J. Langhorne, Timothy G. Haskell, Pat Wongpan, Andrew R. Mahoney, Gurvan Madec, Martin Vancoppenolle, A. J. Gough, Inga J. Smith, Department of Physics, University of Otago, Institute of Low Temperature Science [Sapporo], Hokkaido University [Sapporo, Japan], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Geophysical Institute [Fairbanks], University of Alaska [Fairbanks] (UAF), Callaghan Innovation, 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)), and 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)
Subjects: Convection, geography, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Ice crystals, 010505 oceanography, Brine rejection, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Antarctic sea ice, Oceanography, Snow, 01 natural sciences, Ice shelf, Geophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, Latent heat, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Sea ice, Petrology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: The sub-ice platelet layer (SIPL) is a highly porous, isothermal, friable layer of ice crystals and saltwater, that can develop to several meters in thickness under consolidated sea ice near Antarctic ice shelves. While the SIPL has been comprehensively described, details of its physics are rather poorly understood. In this contribution we describe the halo-thermodynamic mechanisms driving the development and stability of the SIPL in mushy-layer sea ice model simulations, forced by thermal atmospheric and oceanic conditions in McMurdo Sound, Ross Sea, Antarctica. The novelty of these simulations is that they predict a realistic model analogue for the SIPL. Two aspects of the model are essential: (a) a large initial brine fraction is imposed on newly forming ice, and (b) brine rejection via advective desalination. The SIPL appears once conductive heat fluxes become insufficient to remove latent heat required to freeze the highly porous new ice. Favorable conditions for SIPL formation include cold air, supercooled waters, and consolidated ice and snow that are thick enough to provide sufficient thermal insulation. Thermohaline properties resulting from large liquid fractions stabilize the SIPL, in particular a low thermal diffusivity. Intense convection within the isothermal SIPL generates the SIPL-consolidated ice contrast without transporting heat. Using standard physical constants and free parameters, the model successfully predicts the SIPL and consolidated ice thicknesses at six locations. While most simulations were performed with 50 layers, an SIPL emerged with moderate accuracy in thickness for three layers proving a low-cost representation of the SIPL in large-scale climate models.
Published: 2021

59. Horizontal Residual Mean: Addressing the Limited Spatial Resolution of Ocean Models

Author: Casimir de Lavergne, Shane R. Keating, Trevor J. McDougall, Yuehua Li, Gurvan Madec, University of New South Wales [Sydney] (UNSW), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), 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)), and 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)
Subjects: 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Scalar (physics), Geophysics, Oceanography, Residual, 01 natural sciences, TRACER, [INFO]Computer Science [cs], 14. Life underwater, Subgrid-scale processes, Image resolution, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, Geology, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Horizontal fluxes of heat and other scalar quantities in the ocean are due to correlations between the horizontal velocity and tracer fields. However, the limited spatial resolution of ocean models means that these correlations are not fully resolved using the velocity and temperature evaluated on the model grid, due to the limited spatial resolution and the boxcar-averaged nature of the velocity and the scalar field. In this article, a method of estimating the horizontal flux due to unresolved spatial correlations is proposed, based on the depth-integrated horizontal transport from the seafloor to the density surface whose spatially averaged height is the height of the calculation. This depth-integrated horizontal transport takes into account the subgrid velocity and density variations to compensate the standard estimate of horizontal transport based on staircase-like velocity and density. It is not a parameterization of unresolved eddies, since it utilizes data available in ocean models without relying on any presumed parameter such as diffusivity. The method is termed the horizontal residual mean (HRM). The method is capable of estimating the spatial-correlation-induced water transport in a 1/4° global ocean model, using model data smoothed to 3/4°. The HRM extra overturning has a peak in the Southern Ocean of about 1.5 Sv (1 Sv ≡ 106 m3 s−1). This indicates an extra heat transport of 0.015 PW on average in the same area. It is expected that implementing the scheme in a coarse-resolution ocean model will improve its representation of lateral heat fluxes.
Published: 2019

60. Tracer Transport within Abyssal Mixing Layers

Author: Ryan M. Holmes, Casimir de Lavergne, Trevor J. McDougall, University of New South Wales [Sydney] (UNSW), 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), School of Mathematics and Statistics [Sydney] (UNSW), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Conservation equations, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Transport, Boundary (topology), Geophysics, Oceanography, 01 natural sciences, Diapycnal mixing, Abyssal circulation, Abyssal zone, Boundary layer, Circulation (fluid dynamics), 13. Climate action, TRACER, Tracers, Mixing (physics), Geology, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Mixing layers near sloped topography in the abyss are thought to play a critical role in the global overturning circulation. Yet the behavior of passive tracers within sloping boundary layer systems has received little attention, despite the extensive use of tracer observations to understand abyssal circulation. Here, we investigate the behavior of a passive tracer released near a sloping boundary within a flow governed by one-dimensional boundary layer theory. The spreading rate of the tracer across isopycnals is influenced by factors such as the bottom-intensification of mixing, the dipole of upwelling (in the boundary layer) and downwelling (in the outer mixing layer), and along-isopycnal diffusion. For isolated near-boundary tracer releases, the bulk diffusivity, proportional to the rate of increase of the variance of the tracer distribution in buoyancy space, is much less than what would be expected from averaging the diapycnal diffusivity over the tracer patch. This stems from the presence of the bottom boundary that prevents tracer diffusion through it. Furthermore, when along-isopycnal diffusion is weak, the boundary tends to drive the tracer up the slope toward less dense fluid on average due to asymmetries between boundary layer and interior flows. With strong along-isopycnal diffusion this upslope movement is reduced, while at the same time the average diapycnal spreading rate is increased due to a reduced influence of the bottom boundary. These results have implications for what can be learned about the characteristics of mixing near sloping boundaries from past and future tracer-release experiments.
Published: 2019

61. ESD Reviews: Climate feedbacks in the Earth system and prospects for their evaluation

Author: C. Heinze, V. Eyring, P. Friedlingstein, C. Jones, Y. Balkanski, W. Collins, T. Fichefet, S. Gao, A. Hall, D. Ivanova, W. Knorr, R. Knutti, A. Löw, M. Ponater, M. G. Schultz, M. Schulz, P. Siebesma, J. Teixeira, G. Tselioudis, M. Vancoppenolle, Geophysical Institute [Bergen] (GFI / BiU), University of Bergen (UiB), DLR Institut für Physik der Atmosphäre (IPA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [Oberpfaffenhofen-Wessling] (DLR), Institute of Environmental Physics [Bremen] (IUP), University of Bremen, College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences [Exeter] (EMPS), University of Exeter, National Centre for Atmospheric Science [Leeds] (NCAS), Natural Environment Research Council (NERC), 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), Department of Meteorology [Monterey], Naval Postgraduate School (NPS), Centre Georges Lemaître for Earth and Climate Research [Louvain] (TECLIM), Earth and Life Institute [Louvain-La-Neuve] (ELI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL)-Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Department of Atmospheric and Oceanic Sciences [Los Angeles] (AOS), University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California-University of California, Nansen Environmental and Remote Sensing Center [Bergen] (NERSC), Department of Physical Geography and Ecosystem Science [Lund], Lund University [Lund], Institute for Atmospheric and Climate Science [Zürich] (IAC), Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich), Department of Geography [München], Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Forschungszentrum Jülich GmbH | Centre de recherche de Juliers, Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association, Norwegian Meteorological Institute [Oslo] (MET), Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI), Delft University of Technology (TU Delft), Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA-California Institute of Technology (CALTECH), NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS), NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of California (UC)-University of California (UC), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate
Subjects: Climate modelling, lcsh:Dynamic and structural geology, 010504 meteorology & atmospheric sciences, media_common.quotation_subject, Climate change, Cloud computing, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, lcsh:QE500-639.5, Temporal heterogeneity, Erdsystem-Modellierung, ddc:550, Ecosystem, Erdsystemmodell -Evaluation und -Analyse, lcsh:Science, 0105 earth and related environmental sciences, media_common, climate feedbacks, business.industry, lcsh:QE1-996.5, Environmental resource management, climate model evaluation, lcsh:Geology, Interdependence, Earth system science, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, 13. Climate action, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, lcsh:Q, Climate model, business
Abstract: Earth system models (ESMs) are key tools for providing climate projections under different scenarios of human-induced forcing. ESMs include a large number of additional processes and feedbacks such as biogeochemical cycles that traditional physical climate models do not consider. Yet, some processes such as cloud dynamics and ecosystem functional response still have fairly high uncertainties. In this article, we present an overview of climate feedbacks for Earth system components currently included in state-of-the-art ESMs and discuss the challenges to evaluate and quantify them. Uncertainties in feedback quantification arise from the interdependencies of biogeochemical matter fluxes and physical properties, the spatial and temporal heterogeneity of processes, and the lack of long-term continuous observational data to constrain them. We present an outlook for promising approaches that can help to quantify and to constrain the large number of feedbacks in ESMs in the future. The target group for this article includes generalists with a background in natural sciences and an interest in climate change as well as experts working in interdisciplinary climate research (researchers, lecturers, and students). This study updates and significantly expands upon the last comprehensive overview of climate feedbacks in ESMs, which was produced 15 years ago (NRC, 2003).
Published: 2019

62. Premonsoon/Postmonsoon Bay of Bengal Tropical Cyclones Intensity: Role of Air‐Sea Coupling and Large‐Scale Background State

Author: S. Neetu, Sébastien Masson, Guillaume Samson, K. S. Krishnamohan, Jérôme Vialard, Matthieu Lengaigne, Iyyappan Suresh, CSIR National Institute of Oceanography [India] (NIO), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), IFCPAR (IndoFrench Centre for Promotion ofAdvanced Research), New Delhi, forfunding of the proposal 4907‐1., IRD (Institut de Recherche pourle Développement) for the ﬁnancialsupport of the Indo‐Frenchcollaboration on Indian Oceanresearch), the CNES AltiKaproject, 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), National Institute of Oceanography [India] (NIO), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and IFCPAR (Indo French Centre for Promotion of Advanced Research), New Delhi 4907-1 IRD (Institut de Recherche pour le Developpement) CNES AltiKa project
Subjects: 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 010502 geochemistry & geophysics, Atmospheric sciences, Monsoon, 01 natural sciences, Salinity, Sea surface temperature, Geophysics, 13. Climate action, Wind shear, BENGAL, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, 14. Life underwater, Tropical cyclone, Bay, Intensity (heat transfer), 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: International audience; The densely populated Bay of Bengal (BoB) rim witnesses the deadliest tropical cyclones (TCs) globally, before and after the summer monsoon. Previous studies indicated that enhanced salinity and reduced thermal stratification reduce cooling under BoB TCs after the monsoon, suggesting that air-sea coupling may favor stronger TCs during that season. Using observations and simulations from a one fourth degree regional ocean-atmosphere model, we show that BoB TCs are stronger before the monsoon due to a more favorable large-scale background state (less vertical wind shear and higher sea surface temperature). Air-sea coupling however alleviates this background state influence, by reducing the number of premonsoon intense TCs, because of larger cooling and reduced upward enthalpy fluxes below TCs during that season. As the impact of air-sea interactions on BoB TCs is largest for intense TCs, it should be further investigated for Category 3 and above TCs, which are not reproduced at one fourth degree resolution.
Published: 2019

63. A realistic Greenland ice sheet and surrounding glaciers and ice caps melting in a coupled climate model

Author: Didier Swingedouw, Gilles Garric, Julie Deshayes, Marion Devilliers, Mohamed Ayache, Juliette Mignot, Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC), Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-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), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), 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), 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)), and 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)
Subjects: Convection, Atmospheric Science, geography, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Greenland ice sheet, Glacier, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Forcing (mathematics), 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, 6. Clean water, Iceberg, 13. Climate action, Ocean gyre, Climatology, Climate model, Surface runoff, Geology, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Greenland ice sheet experienced an intensive melting in the last century, especially in the 1920s and over the last decades. The supplementary input into the ocean could disrupt the freshwater budget of the North Atlantic. Simultaneously, some signs of a recent weakening of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) have been reported. In order to better understand the possible impact of the increasing melting on the North Atlantic circulation, salinity and temperature trends, we construct an observation-based estimate of the freshwater fluxes spanning from 1840 to 2014. The estimate is based on runoff fluxes coming from Greenland ice sheet and surrounding glaciers and ice caps. Input from iceberg melting is also included and spatially distributed over the North Atlantic following an observed climatology. We force a set of historical simulations of the IPSL-CM6A-LR coupled climate model with this reconstruction from 1920 to 2014. The ten-member ensemble mean displays freshened and cooled waters around Greenland, which spread in the subpolar gyre, and then towards the subtropical gyre and the Nordic Seas. Over the whole period, the convection is reduced in the Labrador and Nordic Seas, while it is slightly enhanced in the Irminger Sea, and the AMOC is weakened by $$0.32 \pm 0.35$$ Sv at $$26 ^\circ $$ N. The multi-decadal trend of the North Atlantic surface temperature obtained with the additional freshwater forcing is slightly closer to observations than in standard historical simulations, although the two trends are only different at the 90% confidence level. Slight improvement of the Root Mean Square Error with respect to observations in the subpolar gyre region suggests that part of the surface temperature variability over the recent decades may have been forced by the release of freshwater from Greenland and surrounding regions since the 1920s. Finally, we highlight that the AMOC decrease due to Greenland melting remains modest in these simulations and can only explain a very small amount of the $$3\pm 1$$ Sv weakening suggested in a recent study.
Published: 2021

64. The Tuning Strategy of IPSL‐CM6A‐LR

Author: Juliette Mignot, Guillaume Gastineau, Martin Vancoppenolle, Laurent Fairhead, Matthew Menary, Julie Deshayes, Jean-Yves Grandpeix, Guillaume Levavasseur, Jean-Louis Dufresne, Olivier Marti, Ionela Musat, Marie-Alice Foujols, Arnaud Caubel, Sébastien Denvil, Olivier Boucher, Christian Ethé, Clément Rousset, Frédéric Hourdin, Catherine Rio, Jérôme Servonnat, Frédérique Cheruy, Yona Silvy, Océan et variabilité du climat (VARCLIM), 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), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), 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), Calcul Scientifique (CALCULS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-13-MONU-0008,CONVERGENCE,Convergence en Science du Climat à l'ère du Big Data et des challenges de l'Exascale.(2013), ANR-11-IDEX-0004,SUPER,Sorbonne Universités à Paris pour l'Enseignement et la Recherche(2011), ANR-17-EURE-0006,IPSL-CGS,IPSL Climate graduate school(2017), ANR-18-MPGA-0001,ARCHANGE,Changement climatique et Arctique et circulation océanique globale(2018), European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), European Project: 727852,Blue-Action(2016), European Project: 776613,Fighting and adapting to climate change,H2020-EU.3.5.1,EUCP(2017), European Project: 789445,https://cordis.europa.eu/project/id/789445/reporting,EPICE(2018), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, atmospheric energetic adjustment, Physical geography, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Calibration (statistics), 0207 environmental engineering, 02 engineering and technology, GC1-1581, calibration, Oceanography, 01 natural sciences, GB3-5030, metrics, 13. Climate action, present‐day control, General Earth and Planetary Sciences, Environmental Chemistry, Environmental science, climate model tuning, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, Remote sensing
Abstract: The assessment of current and future risks for natural and human systems associated with climate change largely relies on numerical simulations performed with state‐of‐the‐art climate models. Various steps are involved in the development of such models, from development of individual components of the climate system up to free parameter calibration of the fully coupled model. Here, we describe the final tuning phase for the IPSL‐CM6A‐LR climate model. This phase alone lasted more than 3 years and relied on several pillars: (i) the tuning against present‐day conditions given a small adjustment of the ocean surface albedo to compensate for the current oceanic heat uptake, (ii) the release of successive versions after adjustments of the individual components, implying a systematic and recurrent adjustment of the atmospheric energetics, and (iii) the use of a few metrics based on large scale variables such as near‐global mean temperature, summer Arctic sea‐ice extent, as targets for the tuning. Successes, lessons and prospects of this tuning strategy are discussed.
Published: 2021

65. Poleward shift in the Southern Hemisphere westerly winds synchronous with the deglacial rise in CO2

Author: Robert C. J. Wills, Elisabeth Michel, William R Gray, Masa Kageyama, Mark Holzer, Casimir de Lavergne, Laurie Menviel, Paul Spence, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), University of Washington [Seattle], Climate Change Research Centre [Sydney] (CCRC), University of New South Wales [Sydney] (UNSW), The University of Sydney, and School of Mathematics and statistics [Sydney]
Subjects: climate model ensemble, planktic foraminiferal d18O, earth system model, Westerlies, Last Glacial Maximum, deglaciation, Deep sea, Abyssal zone, Carbon storage, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Climatology, carbon cycle, Southern Hemisphere westerly winds, Deglaciation, Climate model, Southern Hemisphere, Geology
Abstract: The Southern Hemisphere westerly winds influence deep ocean circulation and carbon storage. While the westerlies are hypothesized to play a key role in regulating atmospheric CO2 over glacial-interglacial cycles, past changes in their position and strength remain poorly constrained. Here, we use a compilation of planktic foraminiferal δ18O from across the Southern Ocean and emergent relationships within an ensemble of climate models to reconstruct changes in the Southern Hemisphere surface westerlies over the last deglaciation. We infer a 4.8° (2.9–7.1°, 95% confidence interval) equatorward shift and about a 25% weakening of the westerlies during the Last Glacial Maximum (20 ka) relative to the mid-Holocene (6.5 ka). Climate models from the Palaeoclimate Modeling Intercomparison Project substantially underestimate this inferred equatorward wind shift. According to our reconstruction, the poleward shift in the westerlies over deglaciation closely mirrors the rise in atmospheric CO2 (R2 = 0.98). Experiments with a 0.25° resolution ocean-sea-ice-carbon model suggest that shifting the westerlies equatorward reduces the overturning rate of the ocean below 2 km depth, leading to a suppression of CO2 outgassing from the polar Southern Ocean. Our results support a role for the westerly winds in driving the deglacial CO2 rise, and suggest outgassing of natural CO2 from the Southern Ocean is likely to increase as the westerlies shift poleward due to anthropogenic warming., Paleoceanography and Paleoclimatology, 38 (7), ISSN:2572-4525, ISSN:2572-4517
Published: 2021

66. Arctic Ocean acidification over the 21st century co-driven by anthropogenic carbon increases and freshening in the CMIP6 model ensemble

Author: Jens Terhaar, Olivier Torres, Lester Kwiatkowski, Timothée Bourgeois, Physics Institute [Bern], University of Bern, Oeschger Centre for Climate Change Research (OCCR), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Bjerknes Centre for Climate Research (BCCR), Department of Biological Sciences [Bergen] (BIO / UiB), University of Bergen (UiB)-University of Bergen (UiB), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-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 Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Horizon 2020 4C (grant no. 821003), ANR-18-ERC2-0001,CONVINCE,Contraindre la réponse de la biogéochimie marine au changement climatique(2018), European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), 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)-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)), and 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)
Subjects: Coupled model intercomparison project, Saturation (genetic), Mesopelagic zone, Aragonite, Alkalinity, Ocean acidification, engineering.material, Cant (architecture), Oceanography, Arctic, 13. Climate action, [SDE]Environmental Sciences, engineering, Environmental science, 14. Life underwater
Abstract: The uptake of anthropogenic carbon (Cant) by the ocean leads to ocean acidification, causing the reduction of pH and the saturation states of aragonite (Ωarag) and calcite (Ωcalc). The Arctic Ocean is particularly vulnerable to ocean acidification due to its naturally low pH and saturation states and due to ongoing freshening and the concurrent reduction in total alkalinity in this region. Here, we analyse ocean acidification in the Arctic Ocean over the 21st century across 14 Earth system models (ESMs) from the latest Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6). Compared to the previous model generation (CMIP5), models generally better simulate maximum sea surface densities in the Arctic Ocean and consequently the transport of Cant into the Arctic Ocean interior, with simulated historical increases in Cant in improved agreement with observational products. Moreover, in CMIP6 the inter-model uncertainty of projected changes over the 21st century in Arctic Ocean Ωarag and Ωcalc averaged over the upper 1000 m is reduced by 44–64 %. The strong reduction in projection uncertainties of Ωarag and Ωcalc can be attributed to compensation between Cant uptake and total alkalinity reduction in the latest models. Specifically, ESMs with a large increase in Arctic Ocean Cant over the 21st century tend to simulate a relatively weak concurrent freshening and alkalinity reduction, while ESMs with a small increase in Cant simulate a relatively strong freshening and concurrent total alkalinity reduction. Although both mechanisms contribute to Arctic Ocean acidification over the 21st century, the increase in Cant remains the dominant driver. Even under the low-emissions Shared Socioeconomic Pathway 1-2.6 (SSP1-2.6), basin-wide averaged Ωarag undersaturation in the upper 1000 m occurs before the end of the century. While under the high-emissions pathway SSP5-8.5, the Arctic Ocean mesopelagic is projected to even become undersaturated with respect to calcite. An emergent constraint identified in CMIP5 which relates present-day maximum sea surface densities in the Arctic Ocean to the projected end-of-century Arctic Ocean Cant inventory is found to generally hold in CMIP6. However, a coincident constraint on Arctic declines in Ωarag and Ωcalc is not apparent in the new generation of models. This is due to both the reduction in Ωarag and Ωcalc projection uncertainty and the weaker direct relationship between projected changes in Arctic Ocean Cant and changes in Ωarag and Ωcalc.
Published: 2021

67. Characterising mean and extreme diurnal variability of ocean CO2 system variables across marine environments

Author: Torres, Olivier, Kwiatkowski, Lester, Sutton, Adrienne J., Dorey, Narimane, Orr, James C., Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-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 Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory [Newport] (PMEL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-ERC2-0001,CONVINCE,Contraindre la réponse de la biogéochimie marine au changement climatique(2018), European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), 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)-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), 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), and 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)
Subjects: 0106 biological sciences, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010604 marine biology & hydrobiology, Ocean acidification, 01 natural sciences, Geophysics, Oceanography, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: International audience Diurnal variability of ocean CO2 system variables is poorly constrained. Here this variability and its drivers are assessed using 3‐hourly observations collected over 8‐140 months at 37 stations located in diverse marine environments. Extreme diurnal variability, i.e. when the daily amplitude exceeds the 99th percentile of diurnal variability, is comparable in magnitude to the seasonal amplitude and can surpass projected changes in mean states of pCO2 and [H+] over the twenty‐first century. At coastal sites and near coral reefs, extremes in diurnal amplitudes reach 187±85 and 149±106 μatm for pCO2, 0.21±0.08 and 0.11±0.07 for pH, and 1.2±0.5 and 0.8±0.4 for Ωarag, respectively. Extreme diurnal variability is weaker in the open ocean, but still reaches 47±18 μatm for pCO2, 0.04±0.01 for pH, and 0.25±0.11 for Ωarag. Diurnal variability of the ocean CO2 system is considerable and likely to respond to increasing CO2. Therefore, it should be represented in Earth system models.
Published: 2021

68. The EC-Earth3 Earth System Model for the Climate Model Intercomparison Project 6

Author: Raffaele Bernardello, Pablo Ortega, Pirkka Ollinaho, M. Pasha Karami, Federico Serva, Declan O'Donnell, David Wårlind, Matthias Gröger, Torben Koenigk, Paul A. Miller, Franco Catalano, Arthur Ramos, Klaus Wyser, Glenn Carver, Ivana Cvijanovic, Evelien Dekker, Ramon Fuentes-Franco, Xavier Yepes-Arbós, Martin Ménégoz, Marianne Sloth Madsen, Roland Schrödner, Mario Acosta, Shiyu Wang, Louis-Philippe Caron, Qiong Zhang, Eduardo Moreno-Chamarro, Ulrika Willén, Torben Schmith, Philippe Le Sager, Paul Nolan, Lars Nieradzik, Tommi Bergman, Shuting Yang, Jukka-Pekka Keskinen, Andrea Alessandri, Peter Anthoni, Twan van Noije, Yohan Ruprich-Robert, Oriol Tintó Prims, François Massonnet, Clement Rousset, Miguel Castrillo, Souhail Bousetta, Petteri Uotila, David Docquier, Jost von Hardenberg, Risto Makkonen, Valentina Sicardi, Gijs van den Oord, Uwe Fladrich, Francisco J. Doblas-Reyes, Thomas Reerink, Paolo Davini, Martin Vancoppenolle, Jenny Hieronymus, Benjamin Smith, Etienne Tourigny, Almut Arneth, Thomas Arsouze, Ralf Doescher, Tian Tian, Pablo Echevarria, Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI), Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputacion (BSC - CNS), CNR Institute of Atmospheric Sciences and Climate (ISAC), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI), European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development (ENEA), Politecnico di Torino = Polytechnic of Turin (Polito), University of Helsinki, Finnish Meteorological Institute (FMI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Lund University [Lund], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), National Research Council of Italy | Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Agenzia Nazionale per le nuove Tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile = Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development (ENEA), Helsingin yliopisto = Helsingfors universitet = University of Helsinki, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: 0106 biological sciences, 010504 meteorology & atmospheric sciences, European community, Computer science, 010604 marine biology & hydrobiology, Frame (networking), 01 natural sciences, Variety (cybernetics), Coupling (computer programming), [SDE]Environmental Sciences, Systems engineering, Range (statistics), Key (cryptography), Climate model, Earth system model, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: The Earth System Model EC-Earth3 for contributions to CMIP6 is documented here, with its flexible coupling framework, major model configurations, a methodology for ensuring the simulations are comparable across different HPC systems, and with the physical performance of base configurations over the historical period. The variety of possible configurations and sub-models reflects the broad interests in the EC-Earth community. EC-Earth3 key performance metrics demonstrate physical behaviour and biases well within the frame known from recent CMIP models. With improved physical and dynamic features, new ESM components, community tools, and largely improved physical performance compared to the CMIP5 version, EC-Earth3 represents a clear step forward for the only European community ESM. We demonstrate here that EC-Earth3 is suited for a range of tasks in CMIP6 and beyond.
Published: 2021

69. A Multi-Sensor and Modeling Approach for Mapping Light Under Sea Ice During the Ice-Growth Season

Author: Julienne Stroeve, Martin Vancoppenolle, Gaelle Veyssiere, Marion Lebrun, Giulia Castellani, Marcel Babin, Michael Karcher, Jack Landy, Glen E. Liston, Jeremy Wilkinson, National Snow and Ice Data Center (NSIDC), University of Colorado [Boulder], Department of Earth Sciences [UCL London], University College of London [London] (UCL), Centre for Earth Observation Science [Winnipeg], University of Manitoba [Winnipeg], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), British Antarctic Survey (BAS), Natural Environment Research Council (NERC), Alfred Wegener Institute [Potsdam], Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Takuvik Joint International Laboratory ULAVAL-CNRS, Université Laval [Québec] (ULaval)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI), University of Bristol [Bristol], Colorado State University [Fort Collins] (CSU), 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), Université Laval [Québec] (ULaval)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 Paris Cité (UPC)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPC), School of Geographical Sciences [Bristol], and Cooperative Institute for Research in the Atmosphere (CIRA)
Subjects: lcsh:QH1-199.5, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Ocean Engineering, lcsh:General. Including nature conservation, geographical distribution, Aquatic Science, Oceanography, 01 natural sciences, Arctic, Sea ice, Marine ecosystem, marine ecosystems, lcsh:Science, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, under-ice light, geography, Global and Planetary Change, geography.geographical_feature_category, 010505 oceanography, Lead (sea ice), Snow, Arctic ice pack, ocean primary productivity, sea ice, 13. Climate action, Climatology, [SDE]Environmental Sciences, Sea ice thickness, Environmental science, lcsh:Q, Spatial variability
Abstract: International audience; Arctic sea ice is shifting from a year-round to a seasonal sea ice cover. This substantial transformation, via a reduction in Arctic sea ice extent and a thinning of its thickness, influences the amount of light entering the upper ocean. This in turn impacts under-ice algal growth and associated ecosystem dynamics. Field campaigns have provided valuable insights as to how snow and ice properties impact light penetration at fixed locations in the Arctic, but to understand the spatial variability in the under-ice light field there is a need to scale up to the pan-Arctic level. Combining information from satellites with state-of-the-art parameterizations is one means to achieve this. This study combines satellite and modeled data products to map under-ice light on a monthly time-scale from 2011 through 2018. Key limitations pertain to the availability of satellite-derived sea ice thickness, which for radar altimetry, is only available during the sea ice growth season. We clearly show that year-to-year variability in snow depth, along with the fraction of thin ice, plays a key role in how much light enters the Arctic Ocean. This is particularly significant in April, which in some regions, coincides with the beginning of the under-ice algal bloom, whereas we find that ice thickness is the main driver of under-ice light availability at the end of the melt season in October. The extension to the melt season due to a warmer Arctic means that snow accumulation has reduced, which is leading to positive trends in light transmission through snow. This, combined with a thinner ice cover, should lead to increased under-ice PAR also in the summer months.
Published: 2021

70. Anthropogenic Iron Deposition Alters the Ecosystem and Carbon Balance of the Indian Ocean Over a Centennial Timescale

Author: Anh L. D. Pham, Takamitsu Ito, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), School of Earth and Atmospheric Sciences [Atlanta], Georgia Institute of Technology [Atlanta], ANR-17-CE32-0008,CIGOEF,Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes et les pêcheries océaniques globaux.(2017), 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)), and 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)
Subjects: 010504 meteorology & atmospheric sciences, chemistry.chemical_element, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Oceanography, 01 natural sciences, Centennial, Geochemistry and Petrology, mental disorders, Phytoplankton, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Ecosystem, 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences, Phosphorus, fungi, Nitrogen, Indian ocean, Geophysics, Balance (accounting), chemistry, 13. Climate action, Space and Planetary Science, Environmental chemistry, Environmental science, Carbon, geographic locations
Abstract: Phytoplankton growth in the Indian Ocean is generally limited by macronutrients (nitrogen: N and phosphorus: P) in the north and by micronutrient (iron: Fe) in the south. Increasing anthropogenic atmospheric deposition of N and dissolved Fe (dFe) into the ocean can thus lead to significant responses from marine ecosystems in this ocean basin. Previous modeling studies investigated the impacts of anthropogenic nutrient deposition on the ocean, but their results are uncertain due to incomplete representations of Fe cycling. We use a state-of-the-art ocean ecosystem and Fe cycling model to evaluate the transient responses of ocean productivity and carbon uptake in the Indian Ocean, focusing on the centennial time scale. The model incorporates all major external sources and represents a complicated internal cycling process of Fe, thus showing significant improvements in reproducing observations. Sensitivity simulations show that after a century of anthropogenic deposition, increased dFe stimulates diatoms productivity in the southern Indian Ocean poleward of 50⁰S and the southeastern tropics. Diatoms production weakens in the south of the Arabian Sea due to the P limitation, and diatoms are outcompeted there by coccolithophores and picoplankton, which have a lower P demand. These changes in diatoms and coccolithophores productions alter the balance between the organic and carbonate pumps in the Indian Ocean, increasing the carbon uptake in the south of 50⁰S and the southeastern tropics while decreasing it in the Arabian Sea. Our results reveal the important role of ecosystem dynamics in controlling the sensitivity of carbon fluxes in the Indian Ocean under the impact of anthropogenic nutrient deposition over a centennial timescale.
Published: 2021

71. A simplified atmospheric boundary layer model for an improved representation of air-sea interactions in eddying oceanic models: implementation and first evaluation in NEMO (4.0)

Author: Florian Lemarié, Guillaume Samson, Théo Brivoal, Gurvan Madec, Hervé Giordani, Jean-Luc Redelsperger, Mathematics and computing applied to oceanic and atmospheric flows (AIRSEA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), European Project: 821926,IMMERSE(2018), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
Subjects: Coupling, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Planetary boundary layer, Mesoscale meteorology, Mechanics, Atmospheric model, 01 natural sciences, Sea surface temperature, Closure (computer programming), 13. Climate action, Environmental science, Overhead (computing), Representation (mathematics), Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA], 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: A simplified model of the atmospheric boundary layer (ABL) of intermediate complexity between a bulk parameterization and a three-dimensional atmospheric model is developed and integrated to the Nucleus for European Modelling of the Ocean (NEMO) general circulation model. An objective in the derivation of such a simplified model, called ABL1d, is to reach an apt representation in ocean-only numerical simulations of some of the key processes associated with air–sea interactions at the characteristic scales of the oceanic mesoscale. In this paper we describe the formulation of the ABL1d model and the strategy to constrain this model with large-scale atmospheric data available from reanalysis or real-time forecasts. A particular emphasis is on the appropriate choice and calibration of a turbulent closure scheme for the atmospheric boundary layer. This is a key ingredient to properly represent the air–sea interaction processes of interest. We also provide a detailed description of the NEMO-ABL1d coupling infrastructure and its computational efficiency. The resulting simplified model is then tested for several boundary-layer regimes relevant to either ocean–atmosphere or sea-ice–atmosphere coupling. The coupled system is also tested with a realistic 0.25∘ resolution global configuration. The numerical results are evaluated using standard metrics from the literature to quantify the wind–sea-surface-temperature (a.k.a. thermal feedback effect), wind–current (a.k.a. current feedback effect), and ABL–sea-ice couplings. With respect to these metrics, our results show very good agreement with observations and fully coupled ocean–atmosphere models for a computational overhead of about 9 % in terms of elapsed time compared to standard uncoupled simulations. This moderate overhead, largely due to I/O operations, leaves room for further improvement to relax the assumption of horizontal homogeneity behind ABL1d and thus to further improve the realism of the coupling while keeping the flexibility of ocean-only modeling.
Published: 2021

72. Intermittency in phytoplankton bloom triggered by modulations in vertical stability

Author: Olivier Aumont, Marina Lévy, Madhavan Girijakumari Keerthi, Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), CNES, ANR-16-CE01-0014,SOBUMS,Comprendre la réponse du cycle du carbone dans l'océan austral au stress climatique(2016), 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)), and 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)
Subjects: Chlorophyll, 0106 biological sciences, Convection, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Science, Wind stress, Wind, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, Algal bloom, Article, law.invention, Mediterranean sea, law, Intermittency, Mediterranean Sea, 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences, Trophic level, Multidisciplinary, 010604 marine biology & hydrobiology, Eutrophication, Biogeochemistry, Ocean sciences, Heat flux, 13. Climate action, [SDE]Environmental Sciences, Phytoplankton, Medicine, Environmental science, Seasons, Bloom
Abstract: Seasonal surface chlorophyll (SChl) blooms are very chaotic in nature, but traditional bloom paradigms have climbed out of these subseasonal variations. Here we highlight the leading order role of wind bursts, by conjoining two decades of satellite SChl with atmospheric reanalysis in the Northwestern Mediterranean Sea. We demonstrate that weekly SChl fluctuations are in phase with weekly changes in wind stress and net heat flux during the intial state of the bloom in winter and early spring, thus expanding the convection shutdown hypothesis of bloom onset to subseasonal timescales. We postulate that the mechanism reflected by this link is intermittency in vertical stability due to short-term episodes of calm weather in winter or to stormy conditions in early spring, leading to short-term variations in light exposure or to events of vertical dilution. This strong intermittency in phytoplankton bloom may probably have important consequences on carbon export and trophic web structure and should not be overlooked.
Published: 2021

73. Influence of anthropogenic aerosol deposition on the relationship between oceanic productivity and warming

Author: Christian Ethé, Olivier Boucher, Marion Gehlen, Olivier Aumont, Laurent Bopp, Feng Zhou, Rong Wang, Josep Peñuelas, Philippe Ciais, Shu Tao, Junfeng Liu, Didier Hauglustaine, Yves Balkanski, Bengang Li, Key Laboratory for Earth Surface Processes of the Ministry of Education, Peking University [Beijing], Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences, Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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 de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ICOS-ATC (ICOS-ATC), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF), 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), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-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)-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 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)-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)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Subjects: anthropogenic aerosols, Ocean biogeochemical model, Ocean productivity, Atmospheric Composition and Structure, Biogeosciences, Biogeochemical Kinetics and Reaction Modeling, Global Change from Geodesy, Oceanography: Biological and Chemical, Paleoceanography, Nutrient, Aerosol deposition, Oceans, Research Letter, ocean biogeochemical model, Geodesy and Gravity, Global Change, Air quality index, Aerosols, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, nutrient limitation, biogeochemical model, fungi, Biogeochemistry, Anthropogenic aerosols, Aerosols and Particles, Nutrients and Nutrient Cycling, ocean, Physical Modeling, ocean productivity, Research Letters, Aerosol, Pollution: Urban and Regional, Geophysics, Oceanography, Positive response, Deposition (aerosol physics), Productivity (ecology), Earth System Modeling, 13. Climate action, Nutrient limitation, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, Marine Organic Chemistry, Marine Systems, Cryosphere, Biogeochemical Cycles, Processes, and Modeling, Natural Hazards
Abstract: Satellite data and models suggest that oceanic productivity is reduced in response to less nutrient supply under warming. In contrast, anthropogenic aerosols provide nutrients and exert a fertilizing effect, but its contribution to evolution of oceanic productivity is unknown. We simulate the response of oceanic biogeochemistry to anthropogenic aerosols deposition under varying climate from 1850 to 2010. We find a positive response of observed chlorophyll to deposition of anthropogenic aerosols. Our results suggest that anthropogenic aerosols reduce the sensitivity of oceanic productivity to warming from −15.2 ± 1.8 to −13.3 ± 1.6 Pg C yr−1 °C−1 in global stratified oceans during 1948–2007. The reducing percentage over the North Atlantic, North Pacific, and Indian Oceans reaches 40, 24, and 25%, respectively. We hypothesize that inevitable reduction of aerosol emissions in response to higher air quality standards in the future might accelerate the decline of oceanic productivity per unit warming., Key Points Anthropogenic aerosol deposition alleviates the nutrient limitation in the oceansResponse of observed chlorophyll to anthropogenic aerosol deposition is modeledOver 1948–2007, the sensitivity of oceanic productivity to warming is reduced by 12.5%
Published: 2021

74. Impact of the current feedback on kinetic energy over the North-East Atlantic from a coupled ocean/atmospheric boundary layer model

Author: Hervé Giordani, Florian Lemarié, Gurvan Madec, Romain Bourdallé-Badie, Guillaume Samson, Théo Brivoal, Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Mathematics and computing applied to oceanic and atmospheric flows (AIRSEA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), H2020 IMMERSE, European Project: 8219260(1983), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Planetary boundary layer, Surface stress, Ocean current, Mesoscale meteorology, 010502 geochemistry & geophysics, Atmospheric sciences, Kinetic energy, 01 natural sciences, Atmosphere, Eddy, 13. Climate action, Ekman transport, Environmental science, 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: A one-dimensional Atmospheric Boundary Layer (ABL1D) is coupled with the NEMO ocean model and implemented over the Iberian–Biscay–Ireland (IBI) area at 1/36° resolution to investigate the retroactions between the surface currents and the atmosphere, namely the Current FeedBack (CFB) in this region of low mesoscale activity. The ABL1D-NEMO coupled model is forced by a large-scale atmospheric reanalysis (ERA-Interim) and integrated over the period 2016–2017. The mechanisms of eddy kinetic energy damping and ocean upper-layers re-energization are realistically simulated, meaning that the CFB is properly represented by the model. In particular, the dynamical coupling coefficients between the curls of surface stress/wind and current are in agreement with the literature. The effects of CFB on the kinetic energy (KE) are then investigated through a KE budget. We show that the KE decrease induced by the CFB is significant down to 1500 m. Near the surface (0–300 m), most of the KE decrease can be explained by a reduction of the surface wind work by 4 %. At depth (300–2000 m), the CFB induce a reduction of the pressure work (i.e: the PE to KE conversion) associated with a reduction of KE which is significant down to 1500 m. We show that this reduction of KE at depth can be explained by CFB-induced Ekman pumping above eddies that weakens the mesoscale activity and this over the whole water column.
Published: 2021

75. Ship- and island-based atmospheric soundings from the 2020 EUREC4A field campaign

Author: Stephan, Claudia Christine, Schnitt, Sabrina, Schulz, Hauke, Bellenger, Hugo, de Szoeke, Simon P., Acquistapace, Claudia, Baier, Katharina, Dauhut, Thibaut, Laxenaire, Rémi, Morfa-Avalos, Yanmichel, Person, Renaud, Quiñones Meléndez, Estefanía, Bagheri, Gholamhossein, Böck, Tobias, Daley, Alton, Güttler, Johannes, Helfer, Kevin C., Los, Sebastian A., Neuberger, Almuth, Röttenbacher, Johannes, Raeke, Andreas, Ringel, Maximilian, Ritschel, Markus, Sadoulet, Pauline, Schirmacher, Imke, Stolla, M. Katharina, Wright, Ethan, Charpentier, Benjamin, Doerenbecher, Alexis, Wilson, Richard, Jansen, Friedhelm, Kinne, Stefan, Reverdin, Gilles, Speich, Sabrina, Bony, Sandrine, Stevens, Bjorn, Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, Institut für Geophysik und Meteorologie [Köln], Universität zu Köln, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), College of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences [Corvallis] (CEOAS), Oregon State University (OSU), Center for Ocean-Atmospheric Prediction Studies (COAPS), Florida State University [Tallahassee] (FSU), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), 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)-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), Laboratory for Fluid Physics, Pattern Formation and Biocomplexity (LFPN), Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPIDS), Max-Planck-Gesellschaft-Max-Planck-Gesellschaft, Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH), Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS), Department of Geoscience and Remote Sensing [Delft], Delft University of Technology (TU Delft), Department of Earth and Planetary Sciences [Albuquerque] (EPS), The University of New Mexico [Albuquerque], Leipziger Institut für Meteorologie (LIM), Universität Leipzig [Leipzig], Deutscher Wetterdienst [Offenbach] (DWD), Météo France, University of Hamburg, MeteoModem, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), TROPO - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), INSU-CNRS program LEFE, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo France, Universität zu Köln = University of Cologne, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-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 Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Universität Leipzig, Météo-France Direction Interrégionale Sud-Est (DIRSE), Météo-France, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph]
Abstract: To advance the understanding of the interplay among clouds, convection, and circulation, and its role in climate change, the Elucidating the role of clouds–circulation coupling in climate campaign (EUREC4A) and Atlantic Tradewind Ocean–Atmosphere Mesoscale Interaction Campaign (ATOMIC) collected measurements in the western tropical Atlantic during January and February 2020. Upper-air radiosondes were launched regularly (usually 4-hourly) from a network consisting of the Barbados Cloud Observatory (BCO) and four ships within 6–16∘ N, 51–60∘ W. From 8 January to 19 February, a total of 811 radiosondes measured wind, temperature, and relative humidity. In addition to the ascent, the descent was recorded for 82 % of the soundings. The soundings sampled changes in atmospheric pressure, winds, lifting condensation level, boundary layer depth, and vertical distribution of moisture associated with different ocean surface conditions, synoptic variability, and mesoscale convective organization. Raw (Level 0), quality-controlled 1 s (Level 1), and vertically gridded (Level 2) data in NetCDF format (Stephan et al., 2020) are available to the public at AERIS (https://doi.org/10.25326/137). The methods of data collection and post-processing for the radiosonde data set are described here.
Published: 2021

76. EUREC4A

Author: B. Stevens, S. Bony, D. Farrell, F. Ament, A. Blyth, C. Fairall, J. Karstensen, P. K. Quinn, S. Speich, C. Acquistapace, F. Aemisegger, A. L. Albright, H. Bellenger, E. Bodenschatz, K.-A. Caesar, R. Chewitt-Lucas, G. de Boer, J. Delanoë, L. Denby, F. Ewald, B. Fildier, M. Forde, G. George, S. Gross, M. Hagen, A. Hausold, K. J. Heywood, L. Hirsch, M. Jacob, F. Jansen, S. Kinne, D. Klocke, T. Kölling, H. Konow, M. Lothon, W. Mohr, A. K. Naumann, L. Nuijens, L. Olivier, R. Pincus, M. Pöhlker, G. Reverdin, G. Roberts, S. Schnitt, H. Schulz, A. P. Siebesma, C. C. Stephan, P. Sullivan, L. Touzé-Peiffer, J. Vial, R. Vogel, P. Zuidema, N. Alexander, L. Alves, S. Arixi, H. Asmath, G. Bagheri, K. Baier, A. Bailey, D. Baranowski, A. Baron, S. Barrau, P. A. Barrett, F. Batier, A. Behrendt, A. Bendinger, F. Beucher, S. Bigorre, E. Blades, P. Blossey, O. Bock, S. Böing, P. Bosser, D. Bourras, P. Bouruet-Aubertot, K. Bower, P. Branellec, H. Branger, M. Brennek, A. Brewer, P.-E. Brilouet, B. Brügmann, S. A. Buehler, E. Burke, R. Burton, R. Calmer, J.-C. Canonici, X. Carton, G. Cato Jr., J. A. Charles, P. Chazette, Y. Chen, M. T. Chilinski, T. Choularton, P. Chuang, S. Clarke, H. Coe, C. Cornet, P. Coutris, F. Couvreux, S. Crewell, T. Cronin, Z. Cui, Y. Cuypers, A. Daley, G. M. Damerell, T. Dauhut, H. Deneke, J.-P. Desbios, S. Dörner, S. Donner, V. Douet, K. Drushka, M. Dütsch, A. Ehrlich, K. Emanuel, A. Emmanouilidis, J.-C. Etienne, S. Etienne-Leblanc, G. Faure, G. Feingold, L. Ferrero, A. Fix, C. Flamant, P. J. Flatau, G. R. Foltz, L. Forster, I. Furtuna, A. Gadian, J. Galewsky, M. Gallagher, P. Gallimore, C. Gaston, C. Gentemann, N. Geyskens, A. Giez, J. Gollop, I. Gouirand, C. Gourbeyre, D. de Graaf, G. E. de Groot, R. Grosz, J. Güttler, M. Gutleben, K. Hall, G. Harris, K. C. Helfer, D. Henze, C. Herbert, B. Holanda, A. Ibanez-Landeta, J. Intrieri, S. Iyer, F. Julien, H. Kalesse, J. Kazil, A. Kellman, A. T. Kidane, U. Kirchner, M. Klingebiel, M. Körner, L. A. Kremper, J. Kretzschmar, O. Krüger, W. Kumala, A. Kurz, P. L'Hégaret, M. Labaste, T. Lachlan-Cope, A. Laing, P. Landschützer, T. Lang, D. Lange, I. Lange, C. Laplace, G. Lavik, R. Laxenaire, C. Le Bihan, M. Leandro, N. Lefevre, M. Lena, D. Lenschow, Q. Li, G. Lloyd, S. Los, N. Losi, O. Lovell, C. Luneau, P. Makuch, S. Malinowski, G. Manta, E. Marinou, N. Marsden, S. Masson, N. Maury, B. Mayer, M. Mayers-Als, C. Mazel, W. McGeary, J. C. McWilliams, M. Mech, M. Mehlmann, A. N. Meroni, T. Mieslinger, A. Minikin, P. Minnett, G. Möller, Y. Morfa Avalos, C. Muller, I. Musat, A. Napoli, A. Neuberger, C. Noisel, D. Noone, F. Nordsiek, J. L. Nowak, L. Oswald, D. J. Parker, C. Peck, R. Person, M. Philippi, A. Plueddemann, C. Pöhlker, V. Pörtge, U. Pöschl, L. Pologne, M. Posyniak, M. Prange, E. Quiñones Meléndez, J. Radtke, K. Ramage, J. Reimann, L. Renault, K. Reus, A. Reyes, J. Ribbe, M. Ringel, M. Ritschel, C. B. Rocha, N. Rochetin, J. Röttenbacher, C. Rollo, H. Royer, P. Sadoulet, L. Saffin, S. Sandiford, I. Sandu, M. Schäfer, V. Schemann, I. Schirmacher, O. Schlenczek, J. Schmidt, M. Schröder, A. Schwarzenboeck, A. Sealy, C. J. Senff, I. Serikov, S. Shohan, E. Siddle, A. Smirnov, F. Späth, B. Spooner, M. K. Stolla, W. Szkółka, S. P. de Szoeke, S. Tarot, E. Tetoni, E. Thompson, J. Thomson, L. Tomassini, J. Totems, A. A. Ubele, L. Villiger, J. von Arx, T. Wagner, A. Walther, B. Webber, M. Wendisch, S. Whitehall, A. Wiltshire, A. A. Wing, M. Wirth, J. Wiskandt, K. Wolf, L. Worbes, E. Wright, V. Wulfmeyer, S. Young, C. Zhang, D. Zhang, F. Ziemen, T. Zinner, M. Zöger, Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH), Meteorological Institute [Hamburg], University of Hamburg, National Centre for Atmospheric Science [Leeds] (NCAS), Natural Environment Research Council (NERC), NOAA Earth System Research Laboratory (ESRL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Helmholtz Centre for Ocean Research [Kiel] (GEOMAR), NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory [Seattle] (PMEL), Institute for Geophysics and Meteorology [Köln] (IGM), University of Cologne, Institute for Atmospheric and Climate Science [Zürich] (IAC), Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich), Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPIDS), NOAA Physical Sciences Laboratory (PSL), SPACE - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Leeds, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Deutscher Wetterdienst [Offenbach] (DWD), Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Laboratoire d'aérologie (LAERO), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universität Hamburg (UHH), Max Planck Institute for Marine Microbiology, Delft University of Technology (TU Delft), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France, Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Saint Vincent and the Grenadines Meteorological Services, Grenada Meteorological Services, Chimie Atmosphérique Expérimentale (CAE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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 - 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LATMOS, NOAA Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML), Department of Earth and Planetary Sciences [Albuquerque] (EPS), The University of New Mexico [Albuquerque], University of Miami [Coral Gables], Farallon Institute, Division technique INSU/SDU (DTI), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [Oberpfaffenhofen-Wessling] (DLR), Regional Security System [Barbados], Max Planck Institute for Chemistry (MPIC), Applied Physics Laboratory [Seattle] (APL-UW), Barbados Coast Guard, Développement Instrumental et Techniques Marines (DITM), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Austral, Boréal et Carbone (ABC), Institut Pythéas (OSU PYTHEAS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-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)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-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)-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 national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California-University of California, Universität zu Köln, Queen Elizabeth Hospital [Bridgetown, St. Michael, Barbados], Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL), 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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), 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), 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), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo France-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), University of California [Santa Cruz] (UCSC), University of California, Universität Leipzig [Leipzig], Università degli Studi di Milano-Bicocca [Milano] (UNIMIB), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Stevens, B, Bony, S, Farrell, D, Ament, F, Blyth, A, Fairall, C, Karstensen, J, Quinn, P, Speich, S, Acquistapace, C, Aemisegger, F, Albright, A, Bellenger, H, Bodenschatz, E, Caesar, K, Chewitt-Lucas, R, De Boer, G, Delanoe, J, Denby, L, Ewald, F, Fildier, B, Forde, M, George, G, Gross, S, Hagen, M, Hausold, A, Heywood, K, Hirsch, L, Jacob, M, Jansen, F, Kinne, S, Klocke, D, Kolling, T, Konow, H, Lothon, M, Mohr, W, Naumann, A, Nuijens, L, Olivier, L, Pincus, R, Pohlker, M, Reverdin, G, Roberts, G, Schnitt, S, Schulz, H, Pier Siebesma, A, Stephan, C, Sullivan, P, Touze-Peiffer, L, Vial, J, Vogel, R, Zuidema, P, Alexander, N, Alves, L, Arixi, S, Asmath, H, Bagheri, G, Baier, K, Bailey, A, Baranowski, D, Baron, A, Barrau, S, Barrett, P, Batier, F, Behrendt, A, Bendinger, A, Beucher, F, Bigorre, S, Blades, E, Blossey, P, Bock, O, Boing, S, Bosser, P, Bourras, D, Bouruet-Aubertot, P, Bower, K, Branellec, P, Branger, H, Brennek, M, Brewer, A, Brilouet, P, Brugmann, B, Buehler, S, Burke, E, Burton, R, Calmer, R, Canonici, J, Carton, X, Cato, G, Charles, J, Chazette, P, Chen, Y, Chilinski, M, Choularton, T, Chuang, P, Clarke, S, Coe, H, Cornet, C, Coutris, P, Couvreux, F, Crewell, S, Cronin, T, Cui, Z, Cuypers, Y, Daley, A, Damerell, G, Dauhut, T, Deneke, H, Desbios, J, Dorner, S, Donner, S, Douet, V, Drushka, K, Dutsch, M, Ehrlich, A, Emanuel, K, Emmanouilidis, A, Etienne, J, Etienne-Leblanc, S, Faure, G, Feingold, G, Ferrero, L, Fix, A, Flamant, C, Flatau, P, Foltz, G, Forster, L, Furtuna, I, Gadian, A, Galewsky, J, Gallagher, M, Gallimore, P, Gaston, C, Gentemann, C, Geyskens, N, Giez, A, Gollop, J, Gouirand, I, Gourbeyre, C, De Graaf, D, De Groot, G, Grosz, R, Guttler, J, Gutleben, M, Hall, K, Harris, G, Helfer, K, Henze, D, Herbert, C, Holanda, B, Ibanez-Landeta, A, Intrieri, J, Iyer, S, Julien, F, Kalesse, H, Kazil, J, Kellman, A, Kidane, A, Kirchner, U, Klingebiel, M, Korner, M, Kremper, L, Kretzschmar, J, Kruger, O, Kumala, W, Kurz, A, L'Hegaret, P, Labaste, M, Lachlan-Cope, T, Laing, A, Landschutzer, P, Lang, T, Lange, D, Lange, I, Laplace, C, Lavik, G, Laxenaire, R, Lebihan, C, Leandro, M, Lefevre, N, Lena, M, Lenschow, D, Li, Q, Lloyd, G, Los, S, Losi, N, Lovell, O, Luneau, C, Makuch, P, Malinowski, S, Manta, G, Marinou, E, Marsden, N, Masson, S, Maury, N, Mayer, B, Mayers-Als, M, Mazel, C, Mcgeary, W, Mcwilliams, J, Mech, M, Mehlmann, M, Meroni, A, Mieslinger, T, Minikin, A, Minnett, P, Moller, G, Avalos, Y, Muller, C, Musat, I, Napoli, A, Neuberger, A, Noisel, C, Noone, D, Nordsiek, F, Nowak, J, Oswald, L, Parker, D, Peck, C, Person, R, Philippi, M, Plueddemann, A, Pohlker, C, Portge, V, Poschl, U, Pologne, L, Posyniak, M, Prange, M, Melendez, E, Radtke, J, Ramage, K, Reimann, J, Renault, L, Reus, K, Reyes, A, Ribbe, J, Ringel, M, Ritschel, M, Rocha, C, Rochetin, N, Rottenbacher, J, Rollo, C, Royer, H, Sadoulet, P, Saffin, L, Sandiford, S, Sandu, I, Schafer, M, Schemann, V, Schirmacher, I, Schlenczek, O, Schmidt, J, Schroder, M, Schwarzenboeck, A, Sealy, A, Senff, C, Serikov, I, Shohan, S, Siddle, E, Smirnov, A, Spath, F, Spooner, B, Katharina Stolla, M, Szkolka, W, De Szoeke, S, Tarot, S, Tetoni, E, Thompson, E, Thomson, J, Tomassini, L, Totems, J, Ubele, A, Villiger, L, Von Arx, J, Wagner, T, Walther, A, Webber, B, Wendisch, M, Whitehall, S, Wiltshire, A, Wing, A, Wirth, M, Wiskandt, J, Wolf, K, Worbes, L, Wright, E, Wulfmeyer, V, Young, S, Zhang, C, Zhang, D, Ziemen, F, Zinner, T, Zoger, M, and Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, QE1-996.5, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Cloud Feedback, Geology, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, Environmental sciences, Atmospheric circulation, Trade-wind cumulus, Field campaign, Aerosol, clouds, sea, sub-tropic, CHIM/12 - CHIMICA DELL'AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI, [SDE]Environmental Sciences, GE1-350, Shallow convection, [SDU.OTHER]Sciences of the Universe [physics]/Other, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: The science guiding the EUREC4A campaign and its measurements is presented. EUREC4A comprised roughly 5 weeks of measurements in the downstream winter trades of the North Atlantic – eastward and southeastward of Barbados. Through its ability to characterize processes operating across a wide range of scales, EUREC4A marked a turning point in our ability to observationally study factors influencing clouds in the trades, how they will respond to warming, and their link to other components of the earth system, such as upper-ocean processes or the life cycle of particulate matter. This characterization was made possible by thousands (2500) of sondes distributed to measure circulations on meso- (200 km) and larger (500 km) scales, roughly 400 h of flight time by four heavily instrumented research aircraft; four global-class research vessels; an advanced ground-based cloud observatory; scores of autonomous observing platforms operating in the upper ocean (nearly 10 000 profiles), lower atmosphere (continuous profiling), and along the air–sea interface; a network of water stable isotopologue measurements; targeted tasking of satellite remote sensing; and modeling with a new generation of weather and climate models. In addition to providing an outline of the novel measurements and their composition into a unified and coordinated campaign, the six distinct scientific facets that EUREC4A explored – from North Brazil Current rings to turbulence-induced clustering of cloud droplets and its influence on warm-rain formation – are presented along with an overview of EUREC4A's outreach activities, environmental impact, and guidelines for scientific practice. Track data for all platforms are standardized and accessible at https://doi.org/10.25326/165 (Stevens, 2021), and a film documenting the campaign is provided as a video supplement.
Published: 2021

77. An inter-comparison of the mass budget of the Arctic sea ice in CMIP6 models

Author: Hiroyuki Tsujino, David A. Bailey, Martin Vancoppenolle, José M. Rodriguez, Leandro Ponsoni, Ed Blockley, David Docquier, François Massonnet, David Schroeder, Daniel Feltham, Siobhan O'Farrell, Takahiro Toyoda, Neil C. Swart, Mitchell Bushuk, Jens Boldingh Debernard, A. B. Keen, Klaus Wyser, Steve Delhaye, UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate, Met Office Hadley Centre for Climate Change (MOHC), United Kingdom Met Office [Exeter], National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Norwegian Meteorological Institute [Oslo] (MET), NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Centre Georges Lemaître for Earth and Climate Research [Louvain] (TECLIM), Earth and Life Institute [Louvain-La-Neuve] (ELI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL)-Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Rossby Centre, SMHI, Norrköping, 601 76, Sweden, Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI), Centre for Polar Observation and Modelling (CPOM), Natural Environment Research Council (NERC), CISRO Oceans and Atmosphere, Agencia Estatal de Meteorología (AEMet), Environment and Climate Change Canada, Meteorological Research Institute [Tsukuba] (MRI), Japan Meteorological Agency (JMA), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), European Project: 641727,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,PRIMAVERA(2015), European Project: 0834493(2008), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: Climate Research, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Arctic sea ice, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Atmospheric sciences, Seasonal cycle, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Klimatforskning, Melt pond, Sea ice, Shortwave radiation, CMIP6, lcsh:Environmental sciences, Frazil ice, 0105 earth and related environmental sciences, Earth-Surface Processes, Water Science and Technology, lcsh:GE1-350, geography, Coupled model intercomparison project, geography.geographical_feature_category, Advection, lcsh:QE1-996.5, Sea ice models, Arctic ice pack, lcsh:Geology, 13. Climate action, Climate model
Abstract: We compare the mass budget of the Arctic sea ice for 15 models submitted to the latest Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), using new diagnostics that have not been available for previous model inter-comparisons. These diagnostics allow us to look beyond the standard metrics of ice cover and thickness to compare the processes of sea ice growth and loss in climate models in a more detailed way than has previously been possible. For the 1960–1989 multi-model mean, the dominant processes causing annual ice growth are basal growth and frazil ice formation, which both occur during the winter. The main processes by which ice is lost are basal melting, top melting and advection of ice out of the Arctic. The first two processes occur in summer, while the latter process is present all year. The sea ice budgets for individual models are strikingly similar overall in terms of the major processes causing ice growth and loss and in terms of the time of year during which each process is important. However, there are also some key differences between the models, and we have found a number of relationships between model formulation and components of the ice budget that hold for all or most of the CMIP6 models considered here. The relative amounts of frazil and basal ice formation vary between the models, and the amount of frazil ice formation is strongly dependent on the value chosen for the minimum frazil ice thickness. There are also differences in the relative amounts of top and basal melting, potentially dependent on how much shortwave radiation can penetrate through the sea ice into the ocean. For models with prognostic melt ponds, the choice of scheme may affect the amount of basal growth, basal melt and top melt, and the choice of thermodynamic scheme is important in determining the amount of basal growth and top melt. As the ice cover and mass decline during the 21st century, we see a shift in the timing of the top and basal melting in the multi-model mean, with more melt occurring earlier in the year and less melt later in the summer. The amount of basal growth reduces in the autumn, but it increases in the winter due to thinner sea ice over the course of the 21st century. Overall, extra ice loss in May–June and reduced ice growth in October–November are partially offset by reduced ice melt in August and increased ice growth in January–February. For the individual models, changes in the budget components vary considerably in terms of magnitude and timing of change. However, when the evolving budget terms are considered as a function of the changing ice state itself, behaviours common to all the models emerge, suggesting that the sea ice components of the models are fundamentally responding in a broadly consistent way to the warming climate. It is possible that this similarity in the model budgets may represent a lack of diversity in the model physics of the CMIP6 models considered here. The development of new observational datasets for validating the budget terms would help to clarify this.
Published: 2021

78. Sensitivity of Arctic sea ice to melt pond processes and atmospheric forcing: A model study

Author: Jean Sterlin, Martin Vancoppenolle, François Massonnet, Olivier Lecomte, Thierry Fichefet, UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate, Centre Georges Lemaître for Earth and Climate Research [Louvain] (TECLIM), Earth and Life Institute [Louvain-La-Neuve] (ELI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL)-Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), European Project: 641727,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,PRIMAVERA(2015), European Project: 727862,APPLICATE, 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), and H2020 APPLICATE
Subjects: geography, Atmospheric Science, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Albedo, Atmospheric sciences, Geotechnical Engineering and Engineering Geology, Oceanography, 01 natural sciences, Arctic ice pack, Freezing point, Volume (thermodynamics), 13. Climate action, Melt pond, Sea ice, Computer Science (miscellaneous), Environmental science, Climate model, Meltwater, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Melt ponds are pools of meltwater forming principally on Arctic sea ice during the melt season. The albedo of melt ponds is a key component of the surface energy balance. For this reason, various melt pond schemes have been developed for climate models. These schemes require assumptions on the physical processes governing melt ponds as well as a knowledge of the atmospheric state, which are not perfectly known. In this study, we investigate the effects of the sources of uncertainty from the prescribed atmospheric surface state, the melt pond scheme definition and the refreezing formulation of melt ponds on the simulated Arctic sea ice and melt pond properties with the NEMO-LIM3 ocean–sea ice general circulation model. We find that the simulated melt pond state is largely controlled by the freezing point of melt ponds. The representation of melt ponds is in better agreement with observations when using the freezing point of −0.15 ° C compared to the value of −2.00 ° C , in our model set-up. All the simulations feature positive trends in melt pond area fraction over the past decades. However, only 3 out of 8 simulations have significant positive trends in melt pond volume per sea ice area. This suggests an influence of the sea ice state for melt ponds over the last 30 years. Overall, we find that the simulated sea ice state, and in particular sea ice volume, is more affected by changes in the prescribed atmospheric forcing than by changes in the prescribed melt pond scheme or refreezing formulation. Including explicit melt pond schemes in large-scale sea-ice models offer the possibility to improve the representation of the surface energy balance in climate general circulation models. Our results underline that, in parallel to these efforts in model developments, improved estimates of surface atmospheric conditions will be required to achieve more realistic sea ice states.
Published: 2021

79. Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks

Author: Canadell, Josep G., Monteiro, Pedro M.S., Costa, Marcos H., Cunha, Leticia Cotrim Da, Cox, Peter M., Eliseev, Alexey V., Henson, Stephanie, Ishii, Masao, Jaccard, Samuel, Koven, Charles, Lohila, Annalea, Patra, Prabir K., Piao, Shilong, Syampungani, Stephen, Zaehle, Sönke, Zickfeld, Kirsten, Alexandrov, Georgii A., Bala, Govindasamy, Bopp, Laurent, Boysen, Lena, Cao, Long, Chandra, Naveen, Ciais, Philippe, Denisov, Sergey N., Dentener, Frank J., Douville, Hervé, Fay, Amanda, Forster, Piers, Fox-Kemper, Baylor, Friedlingstein, Pierre, Fu, Weiwei, Fuss, Sabine, Garçon, Véronique, Gier, Bettina, Gillett, Nathan P., Gregor, Luke, Haustein, Karsten, Haverd, Vanessa, He, Jian, Hewitt, Helene T., Hoffman, Forrest M., Ilyina, Tatiana, Jackson, Robert, Jones, Christopher, Keller, David P., Kwiatkowski, Lester, Lamboll, Robin D., Lan, Xin, Laufkötter, Charlotte, Quéré, Corinne Le, Lenton, Andrew, Lewis, Jared, Liddicoat, Spencer, Lorenzoni, Laura, Lovenduski, Nicole, Macdougall, Andrew H., Mathesius, Sabine, Matthews, Damon H., Meinshausen, Malte, Mokhov, Igor I., Naik, Vaishali, Nicholls, Zebedee R. J., Nurhati, Intan Suci, O’sullivan, Michael, Peters, Glen, Pongratz, Julia, Poulter, Benjamin, Sallée, Jean-Baptiste, Saunois, Marielle, Schuur, Edward A.G., I.Seneviratne, Sonia, Stavert, Ann, Suntharalingam, Parvadha, Tachiiri, Kaoru, Terhaar, Jens, Thompson, Rona, Tian, Hanqin, Turnbull, Jocelyn, Vicente-Serrano, Sergio M., Wang, Xuhui, Wanninkhof, Rik H., Williamson, Phil, Brovkin, Victor, Feely, Richard A., Lebehot, Alice D., 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), ICOS-ATC (ICOS-ATC), 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), Modélisation INVerse pour les mesures atmosphériques et SATellitaires (SATINV), Aptel, Florence, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Exeter, Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-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 Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), University of East Anglia [Norwich] (UEA), Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation [Canberra] (CSIRO), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), and 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [SDU.OCEAN] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, [SDU.ENVI] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2021

80. Iron Incorporation From Seawater Into Antarctic Sea Ice: A Model Study

Author: Martin Vancoppenolle, Renaud Person, Olivier Aumont, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), ANR-16-CE01-0014,SOBUMS,Comprendre la réponse du cycle du carbone dans l'océan austral au stress climatique(2016), 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)), and 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)
Subjects: 0106 biological sciences, Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Antarctic sea ice, 01 natural sciences, iron, biogeochemistry, Sea ice, Environmental Chemistry, 14. Life underwater, Southern Ocean, Primary productivity, 0105 earth and related environmental sciences, General Environmental Science, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, geography, geography.geographical_feature_category, Continental shelf, 010604 marine biology & hydrobiology, Model study, Biogeochemistry, modeling, sea ice, Oceanography, fertilization, 13. Climate action, Environmental science, Seawater, Hydrography
Abstract: International audience; Sea ice acts as an iron (Fe) reservoir in the Southern Ocean (SO) where primary productivity is largely Felimited. The mechanisms leading to Fe enrichment in sea ice result from the combination of poorlyunderstood and largely unexplored physical and biological processes. We analyze the biogeochemicalimpacts of three plausible idealized formulations of dissolved Fe (DFe) incorporation into sea icecorresponding to (i) constant Fe concentration in sea ice, (ii) constant ocean‐ice Feflux, and (iii) ocean‐iceFeflux linearly varying with seawater Fe concentration in a global ocean‐sea‐ice‐biogeochemical model,focusing on the SO. The three formulations simulate different geographical distributions of DFeconcentrations in sea ice. Iron in sea ice remains largely uncertain due to the limited number of spatial andseasonal observations, poorly constrained Fe sources and sinks, and significant uncertainties in simulatedsea ice and hydrography. Despite these differences, the fertilization effect by sea ice on phytoplanktonphotosynthesis is qualitatively similar regardless of the formulation considered. Iron incorporation duringsea‐ice formation, transport, and melt release, common to all formulations, dominates over differences insea‐ice Fe concentrations. Formulating the Fe incorporation rate as proportional to seawater Feconcentrations gives the closest agreement tofield observations. With this formulation, sediments work insynergy with Fe transport to fertilize the waters north of the continental shelf. Southern Ocean primaryproduction and export production increase by 5–10% and 9–19%, respectively, when Fe incorporation intosea ice is considered, suggesting a moderate effect of Fe‐bearing sea ice on marine productivit
Published: 2020

81. An iron cycle cascade governs the response of equatorial Pacific ecosystems to climate change

Author: Tagliabue, Alessandro, Barrier, Nicolas, Du Pontavice, Hubert, Kwiatkowski, Lester, Aumont, Olivier, Bopp, Laurent, Cheung, William, Gascuel, Didier, University of Liverpool, MARine Biodiversity Exploitation and Conservation (UMR MARBEC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Écologie et santé des écosystèmes (ESE), AGROCAMPUS OUEST-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), The UWA Oceans Institute, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ANR-18-ERC2-0001,CONVINCE,Contraindre la réponse de la biogéochimie marine au changement climatique(2018), AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), and Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-AGROCAMPUS OUEST
Subjects: climate change, iron, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, [SDE]Environmental Sciences, net primary production, marine ecosystems, ocean
Abstract: International audience; Earth System Models project that global climate change will reduce ocean net pri-mary production (NPP), upper trophic level biota biomass and potential fisheries catches in the future, especially in the eastern equatorial Pacific. However, projec-tions from Earth System Models are undermined by poorly constrained assumptions regarding the biological cycling of iron, which is the main limiting resource for NPP over large parts of the ocean. In this study, we show that the climate change trends in NPP and the biomass of upper trophic levels are strongly affected by modifying assumptions associated with phytoplankton iron uptake. Using a suite of model ex-periments, we find 21st century climate change impacts on regional NPP range from −12.3% to +2.4% under a high emissions climate change scenario. This wide range arises from variations in the efficiency of iron retention in the upper ocean in the eastern equatorial Pacific across different scenarios of biological iron uptake, which affect the strength of regional iron limitation. Those scenarios where nitrogen limita-tion replaced iron limitation showed the largest projected NPP declines, while those where iron limitation was more resilient displayed little future change. All model sce-narios have similar skill in reproducing past inter-annual variations in regional ocean NPP, largely due to limited change in the historical period. Ultimately, projections of end of century upper trophic level biomass change are altered by 50%–80% across all plausible scenarios. Overall, we find that uncertainties in the biological iron cycle cas-cade through open ocean pelagic ecosystems, from plankton to fish, affecting their evolution under climate change. This highlights additional challenges to developing effective conservation and fisheries management policies under climate change.
Published: 2020

82. Internal wave-driven mixing: governing processes and consequences for climate

Author: Jennifer A. MacKinnon, Alberto C. Naveira Garabato, Jody M. Klymak, Caitlin B. Whalen, Casimir de Lavergne, K. L. Sheen, Applied Physics Laboratory [Seattle] (APL-UW), University of Washington [Seattle], 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), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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)), Ocean and Earth Science [Southampton], University of Southampton-National Oceanography Centre (NOC), School of Earth and Ocean Sciences [Victoria] (SEOS), University of Victoria [Canada] (UVIC), Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California-University of California, Centre for Geography and Environmental Science, University of Exeter, Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), and Centre for Geography and Environmental Science (CGES)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Atmospheric Science, Work (thermodynamics), Turbulent mixing, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Turbulence, Energy transfer, Geophysics, Internal wave, Physical oceanography, 01 natural sciences, Pollution, Physics::Geophysics, Geostrophic current, 13. Climate action, Environmental science, 14. Life underwater, Mixing (physics), Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, Nature and Landscape Conservation, Earth-Surface Processes
Abstract: International audience; Turbulent mixing from breaking oceanic internal waves drives a vertical transport of water, heat and other climatically important tracers in the ocean, thereby playing an important role in shaping the circulation and distributions of heat and carbon within the climate system. However, linking internal wave-driven mixing to its impacts on climate poses a formidable challenge, since it requires understanding of the complex life cycle of internal waves — including generation, propagation and breaking into turbulence — and knowledge of the spatio-temporal variability of these processes in the diverse, rapidly evolving oceanic environment. In this Review, we trace the energy pathways from tides, winds and geostrophic currents to internal wave mixing, connecting this mixing with the global climate system. Additionally, we discuss avenues for future work, including understanding energy transfer processes within the internal wave field, how internal waves can be modified by background currents and how internal wave mixing is integrated within the global climate system.
Published: 2020

83. Anatomy of the Indian Summer Monsoon and ENSO relationships in state-of-the-art CGCMs: Role of the tropical Indian Ocean

Author: Sébastien Masson, K. P. Sooraj, Pascal Terray, Chloé Prodhomme, Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Indian Institute of Tropical Meteorology (IITM), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), University of Barcelona, 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)), and 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)
Subjects: Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Indian summer monsoon, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, La Niña, Sea surface temperature, symbols.namesake, Coupled climate model, Boreal, 13. Climate action, Anticyclone, Climatology, [SDE]Environmental Sciences, symbols, Indian ocean, Environmental science, Upwelling, Walker circulation, Ocean-atmosphere interactions, El nino-southern oscillation, 14. Life underwater, Kelvin wave, 0105 earth and related environmental sciences, Teleconnection
Abstract: International audience; Indian Summer Monsoon (ISM) rainfall and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) exhibit an inverse relationship during boreal summer, which is one of the roots of ISM interannual variability and its seasonal predictability. Here we document how current climate and seasonal prediction models simulate the timing and amplitude of this ISM-ENSO teleconnection. Many Coupled General Circulation Models (CGCMs) do simulate a simultaneous inverse relationship between ENSO and ISM, though with a large spread. However, most of them show significant negative correlations before ISM, which are at odd with observations. Consistent with this systematic error, simulated Niño-3.4 Sea Surface Temperature (SST) variability has erroneous high amplitude during boreal spring and ISM rainfall variability is also too strong during the first part of ISM. The role of the Indian Ocean (IO) in modulating the ISM-ENSO relationships is further investigated using dedicated experiments with the SINTEX-F2 CGCM. Decoupled tropical Pacific and IO experiments are conducted to assess the direct relationship between ISM and IO SSTs on one hand, and the specific role of IO feedback on ENSO on the other hand. The direct effect of IO SSTs on ISM is weak and insignificant at the interannual time scale in the Pacific decoupled experiment. On the other hand, IO decoupled experiments demonstrate that El Niño shifts rapidly to La Niña when ocean–atmosphere coupling is active in the whole IO or only in its western part. This IO negative feedback is mostly active during the decaying phase of El Niño, which is accompanied by a basin-wide warming in the IO, and significantly modulates the length of ENSO events in our simulations. This IO feedback operates through a modulation of the Walker circulation over the IO, which strengthens and shifts eastward an anomalous anticyclone centered on the Philippine Sea and associated easterly wind anomalies in the equatorial western Pacific during boreal winter. In turn, these atmospheric anomalies lead to a fast ENSO turnabout via oceanic adjustement processes mediated by eastward propagating upwelling Kelvin waves. An experiment in which only the SouthEast Indian Ocean (SEIO) is decoupled, demonstrates that the equatorial SST gradient in the IO during boreal winter plays a fundamental role in the efficiency of IO feedback. In this experiment, simulated ISM-ENSO lead-lag correlations match closely the observations. This success is associated with removal of erroneous SEIO SST variability during boreal winter in the SEIO decoupled experiment. Finally, it is illustrated that most CMIP5 CGCMs exhibit similar SST errors in the SEIO during boreal winter in addition to an exagerated SEIO SST variability during boreal fall.
Published: 2020

84. Should Sea-Ice Modeling Tools Designed for Climate Research Be Used for Short-Term Forecasting?

Author: Till Andreas Soya Rasmussen, Mads Hvid Ribergaard, Martin Vancoppenolle, Elizabeth Hunke, Jinlun Zhang, Thierry Fichefet, Philippe Blain, Bruno Tremblay, Steffen Tietsche, Ed Blockley, Richard Allard, Daniel Feltham, Robert Grumbine, Jean-François Lemieux, Axel Schweiger, Andrew Roberts, Gilles Garric, Los Alamos National Laboratory (LANL), Naval Research Laboratory at Stennis Space Center (NRL-SSC), Naval Research Laboratory (NRL), Centre de prévision météorologique et environnementale du Canada, Met Office Hadley Centre for Climate Change (MOHC), United Kingdom Met Office [Exeter], University of Reading (UOR), Earth and Life Institute - Environmental Sciences (ELIE), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, NOAA National Weather Service (NWS), Danish Meteorological Institute (DMI), European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), Polar Science Center [Seattle], Applied Physics Laboratory [Seattle] (APL-UW), University of Washington [Seattle]-University of Washington [Seattle], McGill University = Université McGill [Montréal, Canada], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), European Project: 824084,IS-ENES3(2019), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate
Subjects: Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Computer science, Climate, Sea ice, Advances and Future Directions in Earth System Modelling (I Simpson, Section Editor), Climate change, Numerical weather prediction, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 01 natural sciences, GeneralLiterature_MISCELLANEOUS, Physics::Geophysics, Software requirements, Temporal scales, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, Global and Planetary Change, geography, Atmosphere (unit), geography.geographical_feature_category, 010505 oceanography, Term (time), Earth system science, 13. Climate action, Systems engineering, Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics, Model
Abstract: In theory, the same sea-ice models could be used for both research and operations, but in practice, differences in scientific and software requirements and computational and human resources complicate the matter. Although sea-ice modeling tools developed for climate studies and other research applications produce output of interest to operational forecast users, such as ice motion, convergence, and internal ice pressure, the relevant spatial and temporal scales may not be sufficiently resolved. For instance, sea-ice research codes are typically run with horizontal resolution of more than 3 km, while mariners need information on scales less than 300 m. Certain sea-ice processes and coupled feedbacks that are critical to simulating the Earth system may not be relevant on these scales; and therefore, the most important model upgrades for improving sea-ice predictions might be made in the atmosphere and ocean components of coupled models or in their coupling mechanisms, rather than in the sea-ice model itself. This paper discusses some of the challenges in applying sea-ice modeling tools developed for research purposes for operational forecasting on short time scales, and highlights promising new directions in sea-ice modeling.
Published: 2020

85. Ocean Acidification From Below in the Tropical Pacific

Author: Bruno Blanke, Naohiro Kosugi, Kazutaka Enyo, Hisashi Ono, Toshiya Nakano, Olivier Aumont, Daniele Iudicone, Masao Ishii, Katsuya Toyama, Daisuke Sasano, Hisayuki Y. Inoue, Keith B. Rodgers, Richard A. Feely, Japan Meteorological Agency (JMA), IBS Center for Climate Physics, Pusan National University, Hokkaido University [Sapporo, Japan], Meteorological Research Institute [Tsukuba] (MRI), Global Environment and Marine Department [Tokyo], Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZN), Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory [Newport] (PMEL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: 0106 biological sciences, Tropical pacific, Atmospheric Science, Global and Planetary Change, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 010604 marine biology & hydrobiology, Ocean acidification, 01 natural sciences, Oceanography, 13. Climate action, Environmental Chemistry, Environmental science, 14. Life underwater, 0105 earth and related environmental sciences, General Environmental Science
Abstract: Identifying ocean acidification and its controlling mechanisms is an important priority within the broader question of understanding how sustained anthropogenic CO2 emissions are harming the health of the ocean. Through extensive analysis of observational data products for ocean inorganic carbon, here we quantify the rate at which acidification is proceeding in the western tropical Pacific Warm Pool, revealing ‐0.0013 ±0.0001 yr‐1 for pH and ‐0.0083±0.0007 yr‐1 for the saturation index of aragonite for the years 1985‐2016. However, the mean rate of total dissolved inorganic carbon increase (+0.81 ±0.06 μmol kg‐1 yr‐1) sustaining acidification was ~20% slower than what would be expected if it were simply controlled by the rate of atmospheric CO2 increase and transmitted through local air‐sea CO2 equilibration. Joint Lagrangian and Eulerian model diagnostics indicate that the acidification of the Warm Pool occurs primarily through the anthropogenic CO2 that invades the ocean in the extra‐tropics, is transported to the tropics through the thermocline shallow overturning circulation, and then re‐emerges into surface waters within the tropics through the Equatorial Undercurrent from below. An interior residence time of several years to decades, acting in conjunction with the accelerating CO2 growth in the atmosphere, can be expected to contribute to modulating the rate of Warm Pool acidification. Key Points Progress of ocean acidification in the western tropical Pacific Warm Pool was identified using the data of oceanic CO2 measurements The rate of oceanic CO2 increase here was ~20% lower than that expected from the growth rate of the mixing ratio of CO2 in the atmosphere Inter‐gyre exchange of anthropogenic CO2 within the thermocline predominantly controls the rate of acidification in this region
Published: 2020

86. Development of a 2-way coupled ocean-wave model: assessment on a global NEMO(v3.6)-WW3(v6.02) coupled configuration

Author: Xavier Couvelard, Florian Lemarié, Guillaume Samson, Jean-Luc Redelsperger, Fabrice Ardhuin, Rachid Benshila, Gurvan Madec, Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Mathematics and computing applied to oceanic and atmospheric flows (AIRSEA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Copernicus Marine Environment Monitoring Service, ANR-16-CE01-0007,COCOA,Méthodes mathématiquement et physiquement consistantes pour le couplage océan-atmosphère(2016), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 13. Climate action, [MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP], 14. Life underwater, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: International audience; This paper describes the implementation of a coupling between a three-dimensional ocean general circulation model (NEMO) and a wave model (WW3) to represent the interactions of the upper oceanic flow dynamics with surface waves. The focus is on the impact of such coupling on upper-ocean properties (temperature and currents) and mixed-layer depths (MLD) at global eddying scales. A generic coupling interface has been developed and the NEMO governing equations and boundary conditions have been adapted to include wave-induced terms following the approach of McWilliams et al. (2004) and Ardhuin et al. (2008). In particular, the contributions of Stokes-Coriolis, Vortex and surface pressure forces have been implemented on top of the necessary modifications of the tracer/continuity equation and turbulent closure scheme (a 1-equation TKE closure here). To assess the new developments, we perform a set of sensitivity experiments with a global oceanic configuration at 1/4° resolution coupled with a wave model configured at 1/2° resolution. Numerical simulations show a global increase of wind-stress due to the interaction with waves (via the Charnock coefficient) particularly at high latitudes, resulting in increased surface currents. The modifications brought to the TKE closure scheme and the inclusion of a parameterization for Langmuir turbulence lead to a significant increase of the mixing thus helping to deepen the MLD. This deepening is mainly located in the Southern Hemisphere and results in reduced sea-surface currents and temperatures.
Published: 2020

87. Representation of the Denmark Strait overflow in a z-coordinate eddying configuration of the NEMO (v3.6) ocean model: resolution and parameter impacts

Author: Julie Deshayes, Polina Verezemskaya, Anne-Marie Tréguier, Jérôme Chanut, Sergey Gulev, Jean-Marc Molines, Bernard Barnier, Thierry Penduff, Julien Le Sommer, Pedro Colombo, Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), P.P. Shirshov Institute of Oceanology (SIO), Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
Subjects: Ekman layer, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Horizontal and vertical, 010505 oceanography, Advection, lcsh:QE1-996.5, Geometry, General Medicine, Grid, 01 natural sciences, Plume, Dilution, lcsh:Geology, Boundary layer, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDE]Environmental Sciences, Turbulence kinetic energy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Geology, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: We investigate in this paper the sensitivity of the representation of the Denmark Strait overflow produced by a regional z-coordinate configuration of NEMO (version 3.6) to the horizontal and vertical grid resolutions and to various numerical and physical parameters. Three different horizontal resolutions, 1∕12, 1∕36, and 1/60∘, are respectively used with 46, 75, 150, and 300 vertical levels. In the given numerical set-up, the increase in the vertical resolution did not bring improvement at eddy-permitting resolution (1/12∘). We find a greater dilution of the overflow as the number of vertical level increases, and the worst solution is the one with 300 vertical levels. It is found that when the local slope of the grid is weaker than the slope of the topography the result is a more diluted vein. Such a grid enhances the dilution of the plume in the ambient fluid and produces its thickening. Although the greater number of levels allows for a better resolution of the ageostrophic Ekman flow in the bottom layer, the final result also depends on how the local grid slope matches the topographic slope. We also find that for a fixed number of levels, the representation of the overflow is improved when horizontal resolution is increased to 1∕36 and 1/60∘, with the most drastic improvements being obtained with 150 levels. With such a number of vertical levels, the enhanced vertical mixing associated with the step-like representation of the topography remains limited to a thin bottom layer representing a minor portion of the overflow. Two major additional players contribute to the sinking of the overflow: the breaking of the overflow into boluses of dense water which contribute to spreading the overflow waters along the Greenland shelf and within the Irminger Basin, and the resolved vertical shear that results from the resolution of the bottom Ekman boundary layer dynamics. This improves the accuracy of the calculation of the entrainment by the turbulent kinetic energy mixing scheme (as it depends on the local shear) and improves the properties of the overflow waters such that they more favourably compare with observations. At 300 vertical levels the dilution is again increased for all horizontal resolutions. The impact on the overflow representation of many other numerical parameters was tested (momentum advection scheme, lateral friction, bottom boundary layer parameterization, closure parameterization, etc.), but none had a significant impact on the overflow representation.
Published: 2020

88. The Role of Tides in Ocean‐Ice Shelf Interactions in the Southwestern Weddell Sea

Author: Julie Deshayes, Pierre Mathiot, Tore Hattermann, Ute Hausmann, Jean-Baptiste Sallée, Nicolas C. Jourdain, Clément Rousset, Gurvan Madec, Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), British Antarctic Survey (BAS), Natural Environment Research Council (NERC), United Kingdom Met Office [Exeter], Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI), Norwegian Polar Institute, 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), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Mathematics and computing applied to oceanic and atmospheric flows (AIRSEA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, geography, Water mass, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Continental shelf, Pelagic zone, Oceanography, 01 natural sciences, Ice shelf, Bottom water, Geophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, Ocean gyre, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Sea ice, 14. Life underwater, Meltwater, Geology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: International audience; To investigate the role of tides in Weddell Sea ocean‐ice shelf melt interactions, and resulting consequences for ocean properties and sea ice interactions, we develop a regional ocean‐sea ice model configuration, with time‐varying ocean boundary and atmospheric forcing, including the deep open ocean (at 2.5–4 km horizontal resolution), the southwestern continental shelf (≈2.5 km), and the adjacent cavities of eastern Weddell, Larsen, and Filchner‐Ronne ice shelves (FRIS, 1.5–2.5 km). Simulated circulation, water mass, and ice shelf melt properties compare overall well with available open ocean and cavity observational knowledge. Tides are shown to enhance the kinetic energy of the time‐varying flow in contact with the ice shelves, thereby increasing melt. This dynamically driven impact of tides on net melting is to almost 90% compensated by cooling through the meltwater that is produced but not quickly exported from regions of melting in the Weddell Sea cold‐cavity regime. The resulting systematic tide‐driven enhancement of both produced meltwater and its refreezing on ascending branches of, especially the FRIS, cavity circulation acts to increase net ice shelf melting (by 50% in respect to the state without tides, ≈50 Gt yr−1). In addition, tides also increase the melt‐induced FRIS cavity circulation, and the meltwater export by the FRIS outflow. Simulations suggest attendant changes on the open‐ocean southwestern continental shelf, characterized by overall freshening and small year‐round sea ice thickening, as well as in the deep southwestern Weddell Sea in the form of a marked freshening of newly formed bottom waters. Near-observed Weddell Sea gyre, continental-shelf & cavity water masses in interactive ocean/sea-ice/tide/ice-shelf melt simulations Tides amplify basal melt-refreeze pattern, raising net melt by 50%, associated with enhanced time-varying kinetic energy at the ice base Impacts of additional meltwater production on Weddell continental shelf sea ice and newly formed bottom water properties are suggested
Published: 2020

89. Arctic Sea Ice in CMIP6

Author: Notz, Dirk, Dörr, Jakob, Bailey, David A, Blockley, Ed, Bushuk, Mitchell, Boldingh Debernard, Jens, Dekker, Evelien, DeRepentigny, Patricia, Docquier, David, Fučkar, Neven S., Fyfe, John C., Jahn, Alexandra, Holland, Marika, Hunke, Elizabeth, Iovino, Doroteaciro, Khosravi, Narges, Gurvan, Madec, Massonnet, François, O'Farrell, Siobhan, Petty, Alek, Rana, Arun, Roach, Lettie, Rosenblum, Erica, Rousset, Clement, Semmler, Tido, Stroeve, Julienne, Toyoda, Takahiro, Tremblay, Bruno, Tsujino, Hiroyuki, Vancoppenolle, Martin, Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, Computational Research Division [LBNL Berkeley] (CRD), Lawrence Berkeley National Laboratory [Berkeley] (LBNL), Centre Georges Lemaître for Earth and Climate Research [Louvain] (TECLIM), Earth and Life Institute [Louvain-La-Neuve] (ELI), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL)-Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Environment and Climate Change Canada, Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR), University of Colorado [Boulder], Oceanography Section [Boulder], National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Los Alamos National Laboratory (LANL), Euro-Mediterranean Center on Climate Change (CMCC), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), National Snow and Ice Data Center (NSIDC), Department of Atmospheric and Oceanic Sciences [Montréal], McGill University = Université McGill [Montréal, Canada], Meteorological Research Institute [Tsukuba] (MRI), Japan Meteorological Agency (JMA), UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate, Institute of Arctic Alpine Research [University of Colorado Boulder] (INSTAAR), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: model evaluation, Climate Research, 010504 meteorology & atmospheric sciences, sea ice, CMIP6, Arctic, climate models, model evaluation, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 551.41, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Klimatforskning, Arctic, climate models, Sea ice, 14. Life underwater, CMIP6, 0105 earth and related environmental sciences, geography, geography.geographical_feature_category, Global warming, Ensemble average, Arctic ice pack, sea ice, The arctic, Geophysics, 13. Climate action, Internal variability, Climatology, Environmental science, General Earth and Planetary Sciences, Climate model
Abstract: We examine CMIP6 simulations of Arctic sea‐ice area and volume. We find that CMIP6 models produce a wide spread of mean Arctic sea‐ice area, capturing the observational estimate within the multimodel ensemble spread. The CMIP6 multimodel ensemble mean provides a more realistic estimate of the sensitivity of September Arctic sea‐ice area to a given amount of anthropogenic CO2 emissions and to a given amount of global warming, compared with earlier CMIP experiments. Still, most CMIP6 models fail to simulate at the same time a plausible evolution of sea‐ice area and of global mean surface temperature. In the vast majority of the available CMIP6 simulations, the Arctic Ocean becomes practically sea‐ice free (sea‐ice area, Plain Language Summary: We examine simulations of Arctic sea ice from the latest generation of global climate models. We find that the observed evolution of Arctic sea‐ice area lies within the spread of model simulations. In particular, the latest generation of models performs better than models from previous generations at simulating the sea‐ice loss for a given amount of CO2 emissions and for a given amount of global warming. In most simulations, the Arctic Ocean becomes practically sea‐ice free (sea‐ice area, Key Points: CMIP6 model simulations of Arctic sea‐ice area capture the observational record in the multimodel ensemble spread. The sensitivity of Arctic sea ice to changes in the forcing is better captured by CMIP6 models than by CMIP5 and CMIP3 models. The majority of available CMIP6 simulations lose most September sea ice for the first time before 2050 in all scenarios., National Science Foundation (NSF) http://dx.doi.org/10.13039/100000001, National Center for Atmospheric Research http://dx.doi.org/10.13039/100005323, NSF http://dx.doi.org/10.13039/100000001, CSIRO http://dx.doi.org/10.13039/501100000943, Earth Systems and Climate Change Hub of the Australian Government's National Environmental Science Program, European Union's Horizon 2020 Research and Innovation programme, 727862 APPLICATE, Joint UK BEIS/Defra Met Office Hadley Centre Climate Programme, Research Concile of Norway, Arctic Across Scales Project, Natural Sciences and Engineering Council of Canada http://dx.doi.org/10.13039/501100000038, Fond de recherche du Qubec‐Nature et Technologies, Canadian Meteorological and Oceanographic Society http://dx.doi.org/10.13039/501100002789, EU Horizon 2020 OSeaIce project, German Ministry for Education and Research, H2020 MSCA IF, Regional and Global Modeling and Analysis program, NSF‐OPP, Deutsche Forschungsgemeinschaft http://dx.doi.org/10.13039/501100001659, National Science Foundation http://dx.doi.org/10.13039/100000001, National Oceanic and Atmospheric Administration http://dx.doi.org/10.13039/100000192, Canada C150 Chair Program, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) http://dx.doi.org/10.13039/501100002347, Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) http://dx.doi.org/10.13039/100011693, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) http://dx.doi.org/10.13039/501100001659, EC | H2020 | H2020 Priority Excellent Science | H2020 Marie Skłodowska‐Curie Actions (MSCA) http://dx.doi.org/10.13039/100011102, F.R.S. ‐ FNRS | Fonds pour la Formation la Recherche dans l'Industrie et dans l'Agriculture (FRIA), Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse (Knut and Alice Wallenberg Foundation) http://dx.doi.org/10.13039/501100004063, Max Planck Society http://dx.doi.org/10.13039/501100004189, Research Council of Norway http://dx.doi.org/10.13039/501100005416, U.S. Department of Energy (DOE) http://dx.doi.org/10.13039/100000015
Published: 2020

90. A parameterization of local and remote tidal mixing

Author: Bruno Ferron, Yannis Cuypers, Clément Vic, C. de Lavergne, Amy F. Waterhouse, Pascale Bouruet-Aubertot, Toshiyuki Hibiya, Fabien Roquet, Gurvan Madec, Caitlin B. Whalen, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Ocean and Earth Science [Southampton], University of Southampton-National Oceanography Centre (NOC), Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Marine Sciences [Gothenburg], University of Gothenburg (GU), Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California-University of California, Applied Physics Laboratory [Seattle] (APL-UW), University of Washington [Seattle], Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Department of Earth and Planetary Science [Tokyo], The University of Tokyo (UTokyo), European Project: 821001,SO-CHIC(2019), Graduate School of Science [Tokyo], The University of Tokyo (UTokyo)-The University of Tokyo (UTokyo), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), and University of California (UC)-University of California (UC)
Subjects: energy dissipation, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Tidal Waves, ocean mixing, 01 natural sciences, Physics::Geophysics, lcsh:Oceanography, Environmental Chemistry, lcsh:GC1-1581, 14. Life underwater, lcsh:Physical geography, Mixing (physics), Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, Global and Planetary Change, geography, geography.geographical_feature_category, 010505 oceanography, Internal tide, Ocean current, Geophysics, Internal wave, Dissipation, internal tides, parameterization, 13. Climate action, Surface wave, [SDE]Environmental Sciences, General Earth and Planetary Sciences, lcsh:GB3-5030, Oceanic basin, Geology
Abstract: Vertical mixing is often regarded as the Achilles' heel of ocean models. In particular, few models include a comprehensive and energy‐constrained parameterization of mixing by internal ocean tides. Here, we present an energy‐conserving mixing scheme which accounts for the local breaking of high‐mode internal tides and the distant dissipation of low‐mode internal tides. The scheme relies on four static two‐dimensional maps of internal tide dissipation, constructed using mode‐by‐mode Lagrangian tracking of energy beams from sources to sinks. Each map is associated with a distinct dissipative process and a corresponding vertical structure. Applied to an observational climatology of stratification, the scheme produces a global three‐dimensional map of dissipation which compares well with available microstructure observations and with upper‐ocean finestructure mixing estimates. This relative agreement, both in magnitude and spatial structure across ocean basins, suggests that internal tides underpin most of observed dissipation in the ocean interior at the global scale. The proposed parameterization is therefore expected to improve understanding, mapping and modelling of ocean mixing Plain Language Summary When tidal ocean currents flow over bumpy seafloor, they generate internal tidal waves. Internal waves are the subsurface analogue of surface waves that break on beaches. Like surface waves, internal tidal waves often become unstable and break into turbulence. This turbulence is a primary cause of mixing between stacked ocean layers—a key process regulating ocean currents and biology and a key ingredient of computer models of the global ocean. In this article, a three‐dimensional global map of mixing induced by internal tidal waves is presented. This map incorporates a large variety of energy pathways from the generation of tidal waves to turbulence, accounting for the conservation of energy. The map is compared to available observations of turbulence across the globe and found to reproduce with good fidelity the main patterns identified in observations. This relatively good agreement suggests that internal tidal waves are the main source of turbulence in the subsurface ocean, and implies that the map may serve a range of applications. In particular, the three‐dimensional map provides an efficient and realistic means to represent mixing by internal tidal waves in global ocean models.
Published: 2020

91. Impact of ocean-atmosphere current feedback on ocean mesoscale activity : regional variations and sensitivity to model resolution

Author: Sébastien Masson, Swen Jullien, Véra Oerder, Guillaume Samson, Lionel Renault, François Colas, Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Escuela de Ciencias Aplicadas del Mar (ECAM), Universidad de Oriente, Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Department of Atmospheric and Oceanic Sciences [Los Angeles] (AOS), University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California-University of California, Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-MONU-0010,PULSATION,Simulation multi-échelle couplée océan-atmosphère sur calculateur peta scale(2011), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), University of California (UC)-University of California (UC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Atmospheric Science, geography, geography.geographical_feature_category, Air-sea interaction, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010505 oceanography, Mesoscale meteorology, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 01 natural sciences, Sink (geography), Mesoscale eddies, Feedback, Mesoscale models, Model resolution, 13. Climate action, Currents, Climatology, Environmental science, 14. Life underwater, Mesoscale processes, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, Coupled models
Abstract: Ocean mesoscale eddies are characterized by rotating-like and meandering currents that imprint the low-level atmosphere. Such a current feedback (CFB) has been shown to induce a sink of energy from the ocean to the atmosphere, and consequently to damp the eddy kinetic energy (EKE), with an apparent regional disparity. In a context of increasing model resolution, the importance of this feedback and its dependence on oceanic and atmospheric model resolution arise. Using a hierarchy of quasi-global coupled models with spatial resolutions varying from 1/4° to 1/12°, the present study shows that the CFB induces a negative wind work at scales ranging from 100 to 1000 km, and a subsequent damping of the mesoscale activity by ~30% on average, independently of the model resolution. Regional variations of this damping range from ~20% in very rich eddying regions to ~40% in poor eddying regions. This regional modulation is associated with a different balance between the sink of energy by eddy wind work and the source of EKE by ocean intrinsic instabilities. The efficiency of the CFB is also shown to be a function of the surface wind magnitude: the larger the wind, the larger the sink of energy. The CFB impact is thus related to both wind and EKE. Its correct representation requires both an ocean model that resolves the mesoscale field adequately and an atmospheric model resolution that matches the ocean effective resolution and allows a realistic representation of wind patterns. These results are crucial for including adequately mesoscale ocean–atmosphere interactions in coupled general circulation models and have strong implications in climate research.
Published: 2020

92. Water Mass Characteristics and Distribution Adjacent to Larsen C Ice Shelf, Antarctica

Author: Julian A. Dowdeswell, Casimir de Lavergne, Julie Deshayes, Sarah E. Fawcett, Jean-Baptiste Sallée, Tahlia Henry, Hermann Luyt, Katherine Hutchinson, Isabelle J. Ansorge, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Scott Polar Research Institute, Department of Oceanography [Cape Town], University of Cape Town, European Union's Horizon 2020 research and innovation program (grant agreement 821926, IMMERSE project)., European Project: 637770,H2020,ERC-2014-STG,WAPITI(2015), 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), Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), and Nelson Mandela Metropolitan University [Port Elizabeth, South Africa]
Subjects: Water mass, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Oceanography, 01 natural sciences, Ice shelf, water mass, Bottom water, Geochemistry and Petrology, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), mixing, 14. Life underwater, Southern Ocean, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, geography, Weddell Sea, geography.geographical_feature_category, Continental shelf, transformation, Ocean current, Current (stream), Geophysics, Antarctic Bottom Water, observations, Space and Planetary Science, 13. Climate action, Hydrography, Geology
Abstract: The physical oceanographic environment, water mass mixing and transformation in the area adjacent to Larsen C Ice Shelf (LCIS) are investigated using hydrographic data collected during the Weddell Sea Expedition 2019. The results shed light on the ocean conditions adjacent to a thinning LCIS, on a continental shelf that is a source region for the globally important water mass, Weddell Sea Deep Water (WSDW). Modified Weddell Deep Water (MWDW), a comparatively warmer water mass of circumpolar origin, is identified on the continental shelf and is observed to mix with local shelf waters, such as Ice Shelf Water (ISW), which is a precursor of WSDW. Oxygen measurements enable the use of a linear mixing model to quantify contributions from source waters revealing high levels of mixing in the area, with much spatial and temporal variability. Heat content anomalies indicate an introduction of heat, presumed to be associated with MWDW, into the area via Jason Trough. Furthermore, candidate parent sources for ISW are identified in the region, indicating the potential for the circulation of continental shelf waters into the ice shelf cavity. This highlights the possibility that offshore climate signals are conveyed under LCIS. ISW is observed within Jason Trough, likely exiting the sub-ice shelf cavity en route to the Slope Current. This onshore-offshore flux of water masses links the region of the Weddell Sea adjacent to northern LCIS to global ocean circulation and Bottom Water characteristics via its contribution to ISW and hence WSDW properties. What remains to be clarified is whether MWDW found in Jason Trough has a direct impact on basal melting and thus thinning of LCIS. More observations are required to investigate this, in particular direct observations of ocean circulation in Jason Trough and underneath LCIS. Modelling experiments could also shed light on this, and so preliminary results based on NEMO global simulations explicitly representing the circulation in under-ice shelf seas, will be presented.
Published: 2020

93. Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone

Author: Boutin, Guillaume, Lique, Camille, Ardhuin, Fabrice, Rousset, Clément, Talandier, Claude, Accensi, Mickaël, Girard-Ardhuin, Fanny, Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), the ONR (grant no. N0001416WX01117),the CMEMS (grant projects ArcticMix and WIzARd), ANR-14-CE01-0012,MIMOSA,Analyse, modélisation et utilisation du bruit sismique large bande: des microséismes aux oscillations libres de la terre(2014), ANR-10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010), European Project: 607476,EC:FP7:SPA,FP7-SPACE-2013-1,SWARP(2014), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), and 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Subjects: lcsh:GE1-350, lcsh:Geology, lcsh:QE1-996.5, Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics, [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology, lcsh:Environmental sciences, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, Physics::Geophysics
Abstract: International audience; The Arctic marginal ice zone (MIZ), where strong interactions between sea ice, ocean and atmosphere take place, is expanding as the result of ongoing sea ice retreat. Yet, state-of-the-art models exhibit significant biases in their representation of the complex ocean-sea ice interactions taking place in the MIZ. Here, we present the development of a new coupled sea ice-ocean wave model. This setup allows us to investigate some of the key processes at play in the MIZ. In particular, our coupling enables us to account for the wave radiation stress resulting from the wave attenuation by sea ice and the sea ice lateral melt resulting from the wave-induced sea ice fragmentation. We find that, locally in the MIZ, the ocean surface waves can affect the sea ice drift and melt, resulting in significant changes in sea ice concentration and thickness as well as sea surface temperature and salin-ity. Our results highlight the need to include wave-sea ice processes in models used to forecast sea ice conditions on short timescales. Our results also suggest that the coupling between waves and sea ice would ultimately need to be investigated in a more complex system, allowing for interactions with the ocean and the atmosphere.
Published: 2020

94. Tracer measurements in growing sea ice support convective gravity drainage parameterisations

Author: M. Thomas, M. Vancoppenolle, J. L. France, W. T. Sturges, D. C. E. Bakker, J. Kaiser, R. Glasow, Centre for Ocean and Atmospheric Sciences [Norwich] (COAS), School of Environmental Sciences [Norwich], University of East Anglia [Norwich] (UEA)-University of East Anglia [Norwich] (UEA), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), European Project: 616938,EC:FP7:ERC,ERC-2013-CoG,ASIBIA(2014), European Project: 730997,EUROCHAMP2020(2020), 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)), and 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)
Subjects: Convection, Biogeochemical cycle, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Glaciology, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 010502 geochemistry & geophysics, Oceanography, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, Physics::Geophysics, Physics::Fluid Dynamics, symbols.namesake, Brining, Geochemistry and Petrology, TRACER, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Sea ice, 14. Life underwater, Rayleigh scattering, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, geography, geography.geographical_feature_category, Rayleigh number, Salinity, Marine Sciences, Chemistry, Geophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, symbols, Geology
Abstract: International audience; Gravity drainage is the dominant process redistributing solutes in growing sea ice. Modeling gravity drainage is therefore necessary to predict physical and biogeochemical variables in sea ice. We evaluate seven gravity drainage parameterizations, spanning the range of approaches in the literature, using tracer measurements in a sea ice growth experiment. Artificial sea ice is grown to around 17 cm thickness in a new experimental facility, the Roland von Glasow air-sea-ice chamber. We use NaCl (present in the water initially) and rhodamine (injected into the water after 10 cm of sea ice growth) as independent tracers of brine dynamics. We measure vertical profiles of bulk salinity in situ, as well as bulk salinity and rhodamine in discrete samples taken at the end of the experiment. Convective parameterizations that diagnose gravity drainage using Rayleigh numbers outperform a simpler convective parameterization and diffusive parameterizations when compared to observations. This study is the first to numerically model solutes decoupled from salinity using convective gravity drainage parameterizations. Our results show that (1) convective, Rayleigh number-based parameterizations are our most accurate and precise tool for predicting sea ice bulk salinity; and (2) these parameterizations can be generalized to brine dynamics parameterizations, and hence can predict the dynamics of any solute in growing sea ice. Plain Language Summary The cold atmosphere in the Arctic and Southern Oceans can cause sea water to freeze at the surface, forming sea ice. The salt present in the sea water is trapped in the newly formed sea ice, in pockets of very salty liquid, or brine. Brine is much denser than the ocean below, which causes the brine to drain into the ocean. This process is generally referred to as gravity drainage. It is critically important, affecting the ocean's circulation, the movement of greenhouse gases through sea ice, and the supply of nutrients to sea ice algae. Several authors have suggested ways to model gravity drainage. Broadly, these can be split into two approaches: convective and diffusive. Here, we use a laboratory sea ice growth experiment to test these models. We track the movement of brine using measurements of two chemicals in the sea ice and compare measured concentrations to those predicted by the models. Our results show that convective approaches are our most powerful tool for predicting the movement of brine by gravity drainage and do an excellent job.
Published: 2020

95. Physical and biogeochemical impacts of RCP8.5 scenario in the Peru upwelling system

Author: Vincent Echevin, Manon Gévaudan, Dante Espinoza-Morriberon, Jorge Tam, Olivier Aumont, Dimitri Gutierrez, François Colas, Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Instituto del Mar del Peru (IMARPE), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH), 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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 0106 biological sciences, purl.org/pe-repo/ocde/ford#4.01.00 [https], 010504 meteorology & atmospheric sciences, 13. Climate action, RCP8.5 scenario, 010604 marine biology & hydrobiology, Peru, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], 14. Life underwater, 01 natural sciences, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: The northern Humboldt current system (NHCS or Peru upwelling system) sustains the world's largest small pelagic fishery. While a nearshore surface cooling has been observed off southern Peru in recent decades, there is still considerable debate on the impact of climate change on the regional ecosystem. This calls for more accurate regional climate projections of the 21st century, using adapted tools such as regional eddy-resolving coupled biophysical models. In this study 3 coarse-grid Earth System Models (ESMs) from the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) are selected based on their biogeochemical biases upstream of the NHCS and simulations for the so-called business-as-usual RCP8.5 climate scenario are dynamically downscaled at 10 km resolution in the NHCS. The impact of regional climate change on temperature, coastal upwelling, nutrient content, deoxygenation and the planktonic ecosystem is documented. We find that the downscaling approach allows to correct major physical and biogeochemical biases of the ESMs. All regional simulations display a surface warming regardless of the coastal upwelling trends. Contrasted evolutions of the NHCS oxygen minimum zone and enhanced stratification of phytoplankton are found in the coastal region. Whereas trends of downscaled physical parameters are consistent with ESM trends, downscaled biogeochemical trends differ markedly. These results suggest that more realism of the ESMs is needed in the eastern equatorial Pacific to gain robustness in the projection of regional trends in the NHCS.
Published: 2020

96. The future of sea ice modelling: where do we go from here?

Author: David Schroeder, Elizabeth Hunke, David Salas y Mélia, Yevgeny Aksenov, Martin Losch, Eric Maisonnave, François Massonnet, Gurvan Madec, Clément Rousset, Pierre Rampal, Cecilia M. Bitz, Bruno Tremblay, Adrian K. Turner, Andrew Roberts, Doroteaciro Iovino, Dirk Notz, Jean-François Lemieux, Gilles Garric, Ed Blockley, Thierry Fichefet, Daniel Feltham, Martin Vancoppenolle, Steffen Tietsche, Einar Olason, Met Office Hadley Centre for Climate Change (MOHC), United Kingdom Met Office [Exeter], Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Los Alamos National Laboratory (LANL), University of Washington [Seattle], Centre for Polar Observation & Modelling, University College of London [London] (UCL), Alfred Wegener Institute [Potsdam], Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS), Mercator Océan, Société Civile CNRS Ifremer IRD Météo-France SHOM, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Centro Euro-Mediterraneo per i Cambiamenti Climatici [Bologna] (CMCC), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate, 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), CERFACS, 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)), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: geography, Atmospheric Science, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Ocean current, 0207 environmental engineering, Context (language use), Weather and climate, 02 engineering and technology, Albedo, 01 natural sciences, Arctic ice pack, Exascale computing, Earth system science, Climatology, Sea ice, [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology, 020701 environmental engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Continuum sea ice models have been applied close to the presumed limits of their validity for many years, yet they remain compatible with current observations. The resolution requirements for sea ice models varies considerably depending on the application (e.g., large ensembles, paleoclimate simulations, short-range forecasting), and therefore continuum models will likely remain useful for many years to come. Meanwhile, it is highly desirable to explore the potential of DEMs. These models are expected to be more physically faithful at the highest resolutions envisioned for sea ice in ESMs, provided they incorporate all the required processes. DEMs may also prove more efficient for some new computer architectures. Such perspectives highlight the need for the sea ice modeling community to have a clear and consistent vision of the future evolution of HPC systems. Sea ice models are used for many different purposes and therefore benefit from modularity, which allows the activation or exclusion of parameterizations and code features. Thus, users can adjust model complexity to fit their specific application. Considering limited human resources among core sea ice modeling groups, engagement of the wider community has proven a very efficient way to advance large-scale sea ice models. However, there is still scope for further integration of the wider community in model development activities. An important feature of the Laugarvatn sea ice modeling workshop was the open minded atmosphere in which very different views were exchanged. The workshop successfully brought together model developers and users of sea ice models for Earth system modeling, operational forecasting and (re)analyses. International sea ice modeling workshops such as this foster collaboration and community engagement in the field of sea ice modeling. A recommendation from this workshop is that the exercise should be repeated every 2-3 years to maintain community engagement, exchange cutting-edge ideas, and reinforce collaborative momentum. © 2020 American Meteorological Society.
Published: 2020
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97. Recipes for How to Force Oceanic Model Dynamics

Author: Sébastien Masson, James C. McWilliams, Thomas Arsouze, Lionel Renault, Gurvan Madec, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences [Los Angeles] (AOS), University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California (UC)-University of California (UC), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputacion (BSC - CNS), Barcelona Supercomputing Center, University of California-University of California, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
Subjects: Ocean, Oceanic circulation, Current feedback to the atmosphere (CFB), 010504 meteorology & atmospheric sciences, Parameterization, Reanalysis, Forcing (mathematics), Atmospheric sciences, 01 natural sciences, Oceanic simulation, Air‐Sea interaction, Physics::Geophysics, Atmosphere, Ocean-atmosphere interaction, lcsh:Oceanography, Current Feedback, Desenvolupament humà i sostenible::Prospectiva, sistèmica i modelització [Àrees temàtiques de la UPC], Forced Ocean Model, Simulació per ordinador, Environmental Chemistry, Scatterometers, lcsh:GC1-1581, 14. Life underwater, lcsh:Physical geography, Interacció mar-atmosfera, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, 0105 earth and related environmental sciences, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, Forced Ocean, Surface currents, 010505 oceanography, Ocean current, Scatterometer, Computer simulation, Oceanic models, Current (stream), Mar, Eddy, 13. Climate action, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, lcsh:GB3-5030, Coupling coefficient of resonators, Air-Sea interaction, Model
Abstract: The current feedback to the atmosphere (CFB) contributes to the oceanic circulation by damping eddies. In an ocean‐atmosphere coupled model, CFB can be correctly accounted for by using the wind relative to the oceanic current. However, its implementation in a forced oceanic model is less straightforward as CFB also enhances the 10‐m wind. Wind products based on observations have seen real currents that will not necessarily correspond to model currents, whereas meteorological reanalyses often neglect surface currents or use surface currents that, again, will differ from the surface currents of the forced oceanic simulation. In this study, we use a set of quasi‐global oceanic simulations, coupled or not with the atmosphere, to (i) quantify the error associated with the different existing strategies of forcing an oceanic model, (ii) test different parameterizations of the CFB, and (iii) propose the best strategy to account for CFB in forced oceanic simulation. We show that scatterometer wind or stress are not suitable to properly represent the CFB in forced oceanic simulation. We furthermore demonstrate that a parameterization of CFB based on a wind‐predicted coupling coefficient between the surface current and the stress allows us to reproduce the main characteristics of a coupled simulation. Such a parameterization can be used with any forcing set, including future coupled reanalyses, assuming that the associated oceanic surface currents are known. A further assessment of the thermal feedback of the surface wind in response to oceanic surface temperature gradients shows a weak forcing effect on oceanic currents. We appreciate the support from the National Science Foundation (OCE‐1419450), from the California Natural Resources Agency (C0100400), and from the National Oceanic and Atmospheric Agency (NA15NOS4780186). This work was performed using HPC resources from GENCI‐[CINES/IDRIS/TGCC] (Grants 2017‐A0010106895, 2018‐A0030106895, and 2019‐A0050106895) and the Engineering Discovery Environment (XSEDE). T. A. and L. R. would like to thank HPC‐Europa3 program, application HPC17IUTPN and HPC17MM0RX, respectively, and Barcelona Supercomputing Center (BSC) for hosting them. Data can be downloaded online (from http://research.atmos.ucla.edu/lrenault/HowTo/). The authors thank B. Barnier, E. Chassignet, G. Danabasoglu, F. Lemarié, K. Mogensen, J. Small, A.M. Treguier, and H. Tsujino for useful discussions. The authors want to thank three anonymous reviewers and J. Small for their careful and constructive comments.
Published: 2020

98. Twenty-first century ocean warming, acidification, deoxygenation, and upper-ocean nutrient and primary production decline from CMIP6 model projections

Author: Marion Gehlen, Nicole S. Lovenduski, Yeray Santana-Falcón, Jerry Tjiputra, Julien Palmieri, Andrew Lenton, Akitomo Yamamoto, Hiroyuki Tsujino, John P. Dunne, Charles A. Stock, Michio Watanabe, Katsuya Toyama, Alessandro Tagliabue, James R. Christian, James C. Orr, Jörg Schwinger, Andrew Yool, Hongmei Li, Matthew A. Chamberlain, Lester Kwiatkowski, Yohei Takano, Tilo Ziehn, Olivier Aumont, Laurent Bopp, Tatiana Ilyina, Jasmin G. John, Olivier Torres, Roland Séférian, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation [Canberra] (CSIRO), Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (CCCma), Environment and Climate Change Canada, NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), 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), Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, CISRO Oceans and Atmosphere, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences [Boulder] (ATOC), University of Colorado [Boulder], Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR), National Oceanography Centre [Southampton] (NOC), University of Southampton, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bjerknes Centre for Climate Research (BCCR), Department of Biological Sciences [Bergen] (BIO / UiB), University of Bergen (UiB)-University of Bergen (UiB), Department of Earth Ocean and Ecological Sciences [Liverpool], University of Liverpool, Los Alamos National Laboratory (LANL), Japan Meteorological Agency (JMA), Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), ANR-18-ERC2-0001,CONVINCE,Contraindre la réponse de la biogéochimie marine au changement climatique(2018), European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), European Project: 817578,TRIATLAS(2019), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Arctic Alpine Research [University of Colorado Boulder] (INSTAAR), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 0106 biological sciences, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Effects of global warming on oceans, lcsh:Life, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, lcsh:QH540-549.5, Photic zone, 14. Life underwater, Ecology, Evolution, Behavior and Systematics, 0105 earth and related environmental sciences, Earth-Surface Processes, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Coupled model intercomparison project, 010604 marine biology & hydrobiology, lcsh:QE1-996.5, Global warming, Representative Concentration Pathways, Radiative forcing, lcsh:Geology, lcsh:QH501-531, Sea surface temperature, 13. Climate action, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Climate sensitivity, lcsh:Ecology
Abstract: Anthropogenic climate change is projected to lead to ocean warming, acidification, deoxygenation, reductions in near-surface nutrients, and changes to primary production, all of which are expected to affect marine ecosystems. Here we assess projections of these drivers of environmental change over the twenty-first century from Earth system models (ESMs) participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) that were forced under the CMIP6 Shared Socioeconomic Pathways (SSPs). Projections are compared to those from the previous generation (CMIP5) forced under the Representative Concentration Pathways (RCPs). A total of 10 CMIP5 and 13 CMIP6 models are used in the two multi-model ensembles. Under the high-emission scenario SSP5-8.5, the multi-model global mean change (2080–2099 mean values relative to 1870–1899) ± the inter-model SD in sea surface temperature, surface pH, subsurface (100–600 m) oxygen concentration, euphotic (0–100 m) nitrate concentration, and depth-integrated primary production is +3.47±0.78 ∘C, -0.44±0.005, -13.27±5.28, -1.06±0.45 mmol m−3 and -2.99±9.11 %, respectively. Under the low-emission, high-mitigation scenario SSP1-2.6, the corresponding global changes are +1.42±0.32 ∘C, -0.16±0.002, -6.36±2.92, -0.52±0.23 mmol m−3, and -0.56±4.12 %. Projected exposure of the marine ecosystem to these drivers of ocean change depends largely on the extent of future emissions, consistent with previous studies. The ESMs in CMIP6 generally project greater warming, acidification, deoxygenation, and nitrate reductions but lesser primary production declines than those from CMIP5 under comparable radiative forcing. The increased projected ocean warming results from a general increase in the climate sensitivity of CMIP6 models relative to those of CMIP5. This enhanced warming increases upper-ocean stratification in CMIP6 projections, which contributes to greater reductions in upper-ocean nitrate and subsurface oxygen ventilation. The greater surface acidification in CMIP6 is primarily a consequence of the SSPs having higher associated atmospheric CO2 concentrations than their RCP analogues for the same radiative forcing. We find no consistent reduction in inter-model uncertainties, and even an increase in net primary production inter-model uncertainties in CMIP6, as compared to CMIP5.
Published: 2020

99. Prey stoichiometry drives iron recycling by zooplankton in the global ocean

Author: Alessandro Tagliabue, Camille Richon, Olivier Aumont, School of Environmental Sciences [Liverpool], University of Liverpool, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), 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)), and 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)
Subjects: 0106 biological sciences, zooplankton, lcsh:QH1-199.5, 010504 meteorology & atmospheric sciences, predator, Ocean Engineering, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], lcsh:General. Including nature conservation, geographical distribution, Aquatic Science, recycling, Oceanography, 01 natural sciences, Zooplankton, Iron assimilation, Nutrient, iron, Phytoplankton, Ecosystem, 14. Life underwater, lcsh:Science, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, Trophic level, Global and Planetary Change, Primary producers, Ecology, 010604 marine biology & hydrobiology, Food web, stoichiometry, 13. Climate action, Environmental science, lcsh:Q, prey
Abstract: Zooplankton occupy a key place in the ocean ecosystems as they constitute a link between primary producers and upper trophic levels, with many commercially important fisheries relying on the presence of zooplankton to sustain fish stocks. Moreover, zooplankton have an important role in supporting primary production as they can recycle large amounts of micronutrients such as iron, facilitating its retention in the surface ocean and alleviating iron limitation of phytoplankton. Intuitively, one may consider that a large quantity of prey should ensure a healthy zooplankton ecosystem, but the microbial oceanic food web is characterized by a great variability in both the composition and quality of preys. This variability may lead to mismatches between predator and prey stoichiometry, which can in turn affect the growth efficiency of zooplankton. Here we show that variations in food quality are the main drivers of changes in iron assimilation and recycling by zooplankton. Making use of a state-of-the-art biogeochemical model that explicitly accounts for the impact of multiple drivers on the iron assimilation efficiency, we quantify the relative drivers of iron recycling in different ocean regions and across seasons. Our results can be reconciled within a conceptual framework that links the assimilation efficiency of zooplankton to predator-prey stoichiometric mismatch and zooplankton physiological assumptions. If predator and prey stoichiometries are close, then the micronutrient assimilation by zooplankton is optimal and recycling is low. Any departure from this optimal stoichiometry leads to a decrease in assimilation efficiency and a subsequent increase in micronutrient recycling. This framework can be used to understand the impact of variability in prey food quality on iron recycling from previous experiments and generates clear hypotheses about the relative importance of recycling for other micronutrients such as copper, cobalt, manganese, and zinc. Finally, our findings highlight the importance of future changes in prey food quality in driving recycling rates of micronutrients that can amplify or attenuate any climate driven trends in upper ocean nutrient supply.
Published: 2020

100. Tracking Improvement in Simulated Marine Biogeochemistry Between CMIP5 and CMIP6

Author: Fanghua Wu, Jasmin G. John, Jessica Y. Luo, Hongmei Li, Marion Gehlen, Jerry Tjiputra, Andrew Yool, Anastasia Romanou, Olivier Aumont, Michio Watanabe, Sarah Berthet, Yeray Santana-Falcón, Lester Kwiatkowski, Alessandro Tagliabue, John P. Dunne, Yohei Takano, Charles A. Stock, Hiroyuki Tsujino, James R. Christian, Roland Séférian, Jörg Schwinger, Hideyuki Nakano, Laurent Bopp, Tatiana Ilyina, Tongwen Wu, Matthew C. Long, Julien Palmieri, Akitomo Yamamoto, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Oceanography Centre [Southampton] (NOC), University of Southampton, Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), School of Environmental Sciences [Liverpool], University of Liverpool, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-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 Paris Cité (UPCité)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (CCCma), Environment and Climate Change Canada, NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics (MERMAID), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Meteorological Research Institute [Tsukuba] (MRI), Japan Meteorological Agency (JMA), NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS), NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), Bjerknes Centre for Climate Research (BCCR), Department of Biological Sciences [Bergen] (BIO / UiB), University of Bergen (UiB)-University of Bergen (UiB), Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), Beijing Climate Centre (BCC), China Meteorological Administration (CMA), H2020 COMFORT project under the grant agreement No 820989, European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), European Project: 817578,TRIATLAS(2019), European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), 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)-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), and 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)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Atmospheric Science, Global and Planetary Change, Coupled model intercomparison project, Biogeochemical cycle, Current generation, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Earth science, Climate change, Biogeochemistry, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Submarine groundwater discharge, Earth system science, Biogeochemistry-Climate Feedbacks, Model Performance, Component (UML), Marine Biogeochemistry, Environmental science, Carbon Cycle and Climate (K Zickfeld, JR Melton and N Lovenduski, Section Editors), CMIP5, 14. Life underwater, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, CMIP6, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: Purpose of Review The changes or updates in ocean biogeochemistry component have been mapped between CMIP5 and CMIP6 model versions, and an assessment made of how far these have led to improvements in the simulated mean state of marine biogeochemical models within the current generation of Earth system models (ESMs). Recent Findings The representation of marine biogeochemistry has progressed within the current generation of Earth system models. However, it remains difficult to identify which model updates are responsible for a given improvement. In addition, the full potential of marine biogeochemistry in terms of Earth system interactions and climate feedback remains poorly examined in the current generation of Earth system models. Summary Increasing availability of ocean biogeochemical data, as well as an improved understanding of the underlying processes, allows advances in the marine biogeochemical components of the current generation of ESMs. The present study scrutinizes the extent to which marine biogeochemistry components of ESMs have progressed between the 5th and the 6th phases of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP).
Published: 2020

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