Author: "Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R - Searchworks@Jio Institute Digital Library Search Results

Your search keyword '"Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R' showing total 265 results

Start Over Author "Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R

265 results on '"Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R'

1. The Impact of Variable Phytoplankton Stoichiometry on Projections of Primary Production, Food Quality, and Carbon Uptake in the Global Ocean

Author: Laurent Bopp, Philippe Ciais, Lester Kwiatkowski, Olivier Aumont, 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 ) -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 ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -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, École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), European Project : 610028,EC:FP7:ERC,ERC-2013-SyG,IMBALANCE-P ( 2014 ), European Project : 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO ( 2015 ), 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), 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), ICOS-ATC (ICOS-ATC), 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), European Project: 610028,EC:FP7:ERC,ERC-2013-SyG,IMBALANCE-P(2014), European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), 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 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 Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), 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, 0106 biological sciences, Atmospheric Science, Biogeochemical cycle, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Climate change, ocean carbon uptake, food quality, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, Ocean gyre, Phytoplankton, [ SDU.ENVI ] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Environmental Chemistry, 14. Life underwater, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, General Environmental Science, Redfield ratio, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Global and Planetary Change, geography, variable stoichiometry, geography.geographical_feature_category, 010604 marine biology & hydrobiology, Carbon sink, Primary production, Biogeochemistry, ocean biogeochemistry, 13. Climate action, Environmental science, primary production
Abstract: International audience Ocean biogeochemical models are integral components of Earth system models used to project the evolution of the ocean carbon sink, as well as potential changes in the physical and chemical environment of marine ecosystems. In such models the stoichiometry of phytoplankton C:N:P is typically fixed at the Redfield ratio. The observed stoichiometry of phytoplankton, however, has been shown to considerably vary from Redfield values due to plasticity in the expression of phytoplankton cell structures with different elemental compositions. The intrinsic structure of fixed C:N:P models therefore has the potential to bias projections of the marine response to climate change. We assess the importance of variable stoichiometry on 21st century projections of net primary production, food quality, and ocean carbon uptake using the recently developed Pelagic Interactions Scheme for Carbon and Ecosystem Studies Quota (PISCES‐QUOTA) ocean biogeochemistry model. The model simulates variable phytoplankton C:N:P stoichiometry and was run under historical and business‐as‐usual scenario forcing from 1850 to 2100. PISCES‐QUOTA projects similar 21st century global net primary production decline (7.7%) to current generation fixed stoichiometry models. Global phytoplankton N and P content or food quality is projected to decline by 1.2% and 6.4% over the 21st century, respectively. The largest reductions in food quality are in the oligotrophic subtropical gyres and Arctic Ocean where declines by the end of the century can exceed 20%. Using the change in the carbon export efficiency in PISCES‐QUOTA, we estimate that fixed stoichiometry models may be underestimating 21st century cumulative ocean carbon uptake by 0.5–3.5% (2.0–15.1 PgC).
Published: 2018

2. Slowing of the ocean’s deep breath

Author: Casimir de Lavergne, 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)), 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]Sciences of the Universe [physics], Environmental Science (miscellaneous), Social Sciences (miscellaneous)
Abstract: International audience; The deepest reaches of the ocean are ventilated by sinking of cold and relatively saline seawater around Antarctica. Observations from the Australian sector of the Southern Ocean reveal a decline in sinking and abyssal ventilation, linked to dropping ocean salinity on the Antarctic shelf.
Published: 2023

3. Southern ocean carbon and heat impact on climate

Author: Sallée, Jean-Baptiste, Abrahamsen, E. P., Allaigre, C., Auger, Matthis, Ayres, H., Badhe, R., Boutin, Jacqueline, Brearley, J. A., de Lavergne, Casimir, ten Doeschate, A. M. M., Droste, E. S., Du Plessis, M. D., Ferreira, D., Giddy, I. S., Gülk, B., Gruber, N., Hague, M., Hoppema, M., Josey, S. A., Kanzow, T., Kimmritz, M., Lindeman, M. R., Llanillo, P. J., Lucas, N. S., Madec, Gurvan, Marshall, D. P., Meijers, A. J. S., Meredith, M. P., Mohrmann, M., Monteiro, P. M. S., Mosneron Dupin, Cosme, Naeck, Kirtana, Narayanan, A., Naveira Garabato, A. C., Nicholson, S. -A., Novellino, A., Ödalen, M., Østerhus, S., Park, W., Patmore, R. D., Piedagnel, Évéa, Roquet, Fabien, Rosenthal, H. S., Roy, T., Saurabh, Rathore, Silvy, Yona, Spira, T., Steiger, Nadine, Styles, A. F., Swart, S., Vogt, Linus, Ward, B., Zhou, S., 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 ), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), and European Project: 821001,SO-CHIC(2019)
Subjects: [SDU]Sciences of the Universe [physics]
Abstract: International audience; The Southern Ocean greatly contributes to the regulation of the global climate by controlling important heat and carbon exchanges between the atmosphere and the ocean. Rates of climate change on decadal timescales are therefore impacted by oceanic processes taking place in the Southern Ocean, yet too little is known about these processes. Limitations come both from the lack of observations in this extreme environment and its inherent sensitivity to intermittent processes at scales that are not well captured in current Earth system models. The Southern Ocean Carbon and Heat Impact on Climate programme was launched to address this knowledge gap, with the overall objective to understand and quantify variability of heat and carbon budgets in the Southern Ocean through an investigation of the key physical processes controlling exchanges between the atmosphere, ocean and sea ice using a combination of observational and modelling approaches. Here, we provide a brief overview of the programme, as well as a summary of some of the scientific progress achieved during its first half. Advances range from new evidence of the importance of specific processes in Southern Ocean ventilation rate (e.g. storm-induced turbulence, sea-ice meltwater fronts, wind-induced gyre circulation, dense shelf water formation and abyssal mixing) to refined descriptions of the physical changes currently ongoing in the Southern Ocean and of their link with global climate. This article is part of a discussion meeting issue `Heat and carbon uptake in the Southern Ocean: the state of the art and future priorities'.
Published: 2023

4. Semi‐Automatic Tuning of Coupled Climate Models With Multiple Intrinsic Timescales: Lessons Learned From the Lorenz96 Model

Author: Redouane Lguensat, Julie Deshayes, Homer Durand, Venkatramani Balaji, 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 - 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 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), Modélisation du climat (CLIM), 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), Princeton University, NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), and ANR-17-MPGA-0010,HRMES,High-Resolution Modeling of the Earth System(2017)
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Global and Planetary Change, Physics - Atmospheric and Oceanic Physics, Computer Science - Machine Learning, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph), General Earth and Planetary Sciences, Environmental Chemistry, FOS: Physical sciences, Machine Learning (cs.LG)
Abstract: The objective of this study is to evaluate the potential for History Matching (HM) to tune a climate system with multi-scale dynamics. By considering a toy climate model, namely, the two-scale Lorenz96 model and producing experiments in perfect-model setting, we explore in detail how several built-in choices need to be carefully tested. We also demonstrate the importance of introducing physical expertise in the range of parameters, a priori to running HM. Finally we revisit a classical procedure in climate model tuning, that consists of tuning the slow and fast components separately. By doing so in the Lorenz96 model, we illustrate the non-uniqueness of plausible parameters and highlight the specificity of metrics emerging from the coupling. This paper contributes also to bridging the communities of uncertainty quantification, machine learning and climate modeling, by making connections between the terms used by each community for the same concept and presenting promising collaboration avenues that would benefit climate modeling research., Submission to JAMES journal (AGU), added link to code
Published: 2023

5. Sliding or Stumbling on the Staircase: Numerics of Ocean Circulation Along Piecewise‐Constant Coastlines

Author: Antoine‐Alexis Nasser, Gurvan Madec, Casimir de Lavergne, Laurent Debreu, Florian Lemarié, Eric Blayo, 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)), 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, Global and Planetary Change, boundary current, idealized configuration, BATHYMETRY, topography, [SDU]Sciences of the Universe [physics], COASTAL OCEAN MODELING, ocean modeling, OCEANOGRAPHY, General Earth and Planetary Sciences, Environmental Chemistry, coastline, BOUNDARY CONDITION, TOPOGRAPHY EFFECT, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]
Abstract: International audience; Coastlines in most ocean general circulation models are piecewise constant. Accurate representation of boundary currents along staircase-like coastlines is a long-standing issue in ocean modeling. Pioneering work by Adcroft and Marshall (1998, https://doi.org/10.3402/tellusa.v50i1.14514) revealed that artificial indentation of model coastlines, obtained by rotating the numerical mesh within an idealized square basin, generates a spurious form drag that slows down the circulation. Here, we revisit this problem and show how this spurious drag may be eliminated. First, we find that physical convergence to spatial resolution (i.e., the main characteristics of the flow are insensitive to the increase of the mesh resolution) allows simulations to become independent of the mesh orientation. An advection scheme with a wider stencil also reduces sensitivity to mesh orientation from coarser resolution. Second, we show that indented coastlines behave as straight and slippery shores when a true mirror boundary condition on the flow is imposed. This finding applies to both symmetric and rotational-divergence formulations of the stress tensor, and to both flux and vector-invariant forms of the equations. Finally, we demonstrate that the detachment of a vortex flowing past an outgoing corner of the coastline is missed with a free-slip (zero vorticity) condition at the corner. These results provide guidance for a better numerical treatment of coastlines (and isobaths) in ocean general circulation models.
Published: 2023

6. Traveling for academic research : patterns, determinants and mitigation options

Author: Olivier Aumont, Tamara Ben Ari, Jérôme Mariette, Laurent Jeanneau, Aymeric Spiga, Gaelle Lefort, Philippe-e Roche, Alexandre Santerne, André Estevez-Torres, 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), Université de Montpellier (UM), Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRAE), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Géosciences Rennes (GR), Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR), Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Université de Tours (UT), Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Institut Néel (NEEL), 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)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Aix Marseille Université (AMU), Laboratoire Jean Perrin (LJP), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and European Geosciences Union
Subjects: [SDE]Environmental Sciences, determinants, academic research, Patterns
Abstract: International audience; In the midst of climate change, academic travels - one salient aspect of the carbon footprint of research activities - are at the center of a growing concern. Mitigation options often focus on two dimensions : (i) decreasing the frequency of attendance to conferences and (ii) modal shift in transport. Here, we analyze professional travel in academia from a unique database compiling about 100 000 travels from about 150 research labs across a large array of disciplines and localities in France to detail the structure, patterns and heterogeneity of national and international research travels for research purposes. We estimate the mitigation potential of a series of options encompassing but not limited to institutional options. We show that, if short distance traveling (typically below 1000 km) are largely dominant in number, their relative mitigation potential via modal shift is small (i.e., below 15%). On the other hand, long distance traveling, which is often associated with international collaborations or field work hold a much larger mitigation potential but question the very nature of research activities. We propose ambitious sobriety options to robustly decrease travel-induced GHG emissions in academia and discuss their acceptability in the context of the French public research system.
Published: 2023

7. Effects of lower trophic level biomass and water temperature on fish communities: A modelling study

Author: Olivier Aumont, Jérôme Guiet, Olivier Maury, Jean-Christophe Poggiale, 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 ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -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 méditerranéen d'océanologie ( MIO ), Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Aix Marseille Université ( AMU ) -Université de Toulon ( UTLN ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), ANR-09-CEPL-0003,MACROES,MACRoscope for Oceanic Earth System ( 2009 ), 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), Institut méditerranéen d'océanologie (MIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-09-CEPL-0003,MACROES(2009), 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)), and 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)-Université de Toulon (UTLN)
Subjects: 0106 biological sciences, [ SDU.OCEAN ] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Biogeochemical cycle, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Dynamic energy budget, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [MATH.MATH-DS]Mathematics [math]/Dynamical Systems [math.DS], [ MATH.MATH-DS ] Mathematics [math]/Dynamical Systems [math.DS], Aquatic Science, 01 natural sciences, Latitude, Predation, Marine ecosystem, 14. Life underwater, Trophic state index, 0105 earth and related environmental sciences, Trophic level, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Biomass (ecology), [ SDE.BE ] Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, Ecology, 010604 marine biology & hydrobiology, Geology, [ SDE.MCG ] Environmental Sciences/Global Changes, 13. Climate action, Environmental science, [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology
Abstract: Physical and biogeochemical changes of the oceans have complex inflences on fish communities. Variations of resource and temperature affect metabolic rates at the individual level, biomass fluxes at the species level, and trophic structure as well as diversity at the community level. We use a Dynamic Energy Budget-, trait-based model of the consumers' community size-spectrum to assess the effects of lower trophic level biomass and water temperature on communities at steady state. First, we look at the stressors separately in idealized simulations, varying one while the second remains constant. A multi-domain response is observed. Linked to the number of trophic levels sustained in the consumers' community, the regimes highlighted present similar properties when lower trophic level biomass is increased or temperature decreased. These trophic-length domains correspond to different efficiencies of the transfer of biomass from small to large individuals. They are characterized by different sensitivities of fish communities to environmental changes. Moreover, differences in the scaling of individuals' metabolism and prey assimilation with temperature lead to a shrinking of fish communities with warming. In a second step, we look at the impact of simultaneous variations of stressors along a mean latitudinal gradient of lower trophic level biomass and temperature. The model explains known observed features of global marine ecosystems such as the fact that larger species compose fish communities when latitude increases. The structure, diversity and metabolic properties of fish communities obtained with the model at different latitudes are interpreted in light of the different trophic-length domains characterized in the idealized experiments. From the equator to the poles, the structure of consumers' communities is predicted to be heterogeneous, with variable sensitivities to environmental changes.
Published: 2016

8. On the Consumption of Antarctic Bottom Water in the Abyssal Ocean

Author: Julien Le Sommer, Casimir de Lavergne, Gurvan Madec, A. J. George Nurser, Alberto C. Naveira Garabato, Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), 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 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), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Oceanography Centre [Southampton] (NOC), University of Southampton, Ocean and Earth Science [Southampton], University of Southampton-National Oceanography Centre (NOC), 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)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-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), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-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)), 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)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), 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 ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), National Oceanography Centre [Southampton] ( NOC ), University of Southampton [Southampton], Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement ( LGGE ), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble ( OSUG ), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes ( UGA ) -Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes ( UGA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Subjects: Water mass, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Geothermal heating, Oceanography, 01 natural sciences, Diapycnal mixing, Circulation/Dynamics, Abyssal zone, 14. Life underwater, Internal waves, Geothermal gradient, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [ SDU.STU.OC ] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 010505 oceanography, Upwelling/downwelling, Internal wave, Marine Sciences, Abyssal circulation, Antarctic Bottom Water, 13. Climate action, Upwelling, Geology, Geostrophic wind
Abstract: The abyssal ocean is primarily filled by cold, dense waters formed around Antarctica and collectively referred to as Antarctic Bottom Water (AABW). At steady state, AABW must be consumed in the ocean interior at the same rate it is produced, but how and where this consumption is achieved remains poorly understood. Here, estimates of abyssal water mass transformation by geothermal heating and parameterized internal wave–driven mixing are presented. This study uses maps of the energy input to internal waves by tidal and geostrophic motions interacting with topography combined with assumptions about the distribution of energy dissipation to evaluate dianeutral transports induced by breaking internal tides and lee waves. Geothermal transformation is assessed based on a map of geothermal heat fluxes. Under the hypotheses underlying the constructed climatologies of buoyancy fluxes, the authors calculate that locally dissipating internal tides and geothermal heating contribute, respectively, about 8 and 5 Sverdrups (Sv; 1 Sv ≡ 106 m3 s−1) of AABW consumption (upwelling), mostly north of 30°S. In contrast, parameterized lee wave–driven mixing causes significant transformation only in the Southern Ocean, where it forms about 3 Sv of AABW, decreasing the mean density but enhancing the northward flow of abyssal waters. The possible role of remotely dissipating internal tides in complementing AABW consumption is explored based on idealized distributions of mixing energy. Depending mostly on the chosen vertical structure, such mixing could drive 1 to 28 Sv of additional AABW upwelling, highlighting the need to better constrain the spatial distribution of remote dissipation. Though they carry large uncertainties, these climatological transformation estimates shed light on the qualitative functioning and key unknowns of the diabatic overturning.
Published: 2016

9. Generation of the internal pycnocline in the subpolar southern ocean by wintertime sea ice melting

Author: A. Klocker, A. C. Naveira Garabato, F. Roquet, C. de Lavergne, S. R. Rintoul, Institute for Marine and Antarctic Studies [Hobart] (IMAS), University of Tasmania [Hobart, Australia] (UTAS), National Oceanography Centre (NOC), Department of Marine Sciences [Aegean], University of the Aegean, 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 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation [Canberra] (CSIRO)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Geophysics, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), Oceanography
Abstract: The ocean's internal pycnocline is a layer of elevated stratification that separates the well-ventilated upper ocean from the more slowly renewed deep ocean. Despite its pivotal role in organizing ocean circulation, the processes governing the formation of the internal pycnocline remain little understood. Classical theories on pycnocline formation have been couched in terms of temperature and it is not clear how the theory applies in the high-latitude Southern Ocean, where stratification is dominated by salinity. Here we assess the mechanisms generating the internal pycnocline at southern high latitudes through the analysis of a high-resolution, realistic, global sea ice–ocean model. We show evidence suggesting that the internal pycnocline's formation is associated with sea ice-ocean interactions in two distinct ice-covered regions, fringing the Antarctic continental slope and the winter sea-ice edge. In both areas, winter-persistent sea-ice melt creates strong, salinity-based stratification at the base of the winter mixed layer. The resulting sheets of high stratification subsequently descend into the ocean interior at fronts of the Antarctic Circumpolar Current, and connect seamlessly to the internal pycnocline in areas further north in which pycnocline stratification is determined by temperature. Our findings thus suggest an important role of localized sea ice-ocean interactions in configuring the vertical structure of the Southern Ocean.
Published: 2023

10. High trophic level feedbacks on global ocean carbon uptake and marine ecosystem dynamics under climate change

Author: Léonard Dupont, Priscilla Le Mézo, Olivier Aumont, Laurent Bopp, Corentin Clerc, Christian Ethé, Olivier Maury, 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), 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), MARine Biodiversity Exploitation and Conservation (UMR MARBEC), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Subjects: Global and Planetary Change, climate change, Ecology, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, high trophic levels, Earth System Model, Environmental Chemistry, trophic cascades, [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, General Environmental Science, feedbacks
Abstract: Despite recurrent emphasis on their ecological and economic roles, the importance of high-trophic levels on ocean carbon dynamics, through passive (fecal pellet production, carcasses) and active (vertical migration) processes, is still largely unexplored, notably under climate change scenarios. Additionally, high trophic levels impact the ecosystem dynamics through top-down effects on lower trophic levels, which might change under anthropogenic influence. Here we compare two simulations of a global biogeochemical-ecosystem model with and without feedbacks from large marine animals. We show that these large marine animals affect the evolution of low-trophic level biomasses, hence net primary production and most certainly ecosystem equilibrium, but seem to have little influence on the 21st century anthropogenic carbon uptake under the RCP8.5 scenario. These results provide new insights regarding the expectations for trophic amplification of climate change through the marine trophic chain and regarding the necessity to explicitly represent marine animals in Earth System Models.
Published: 2023

11. Phytoplankton adaptive resilience to climate change collapses in case of extreme events – A modeling study

Author: Boris Sauterey, Guillaume Le Gland, Pedro Cermeño, Olivier Aumont, Marina Lévy, Sergio M. Vallina, 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), Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona (ICM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), 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)), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), and Instituto Español de Oceanografía (IEO), Málaga.
Subjects: [SDV.EE.BIO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Bioclimatology, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography
Abstract: As climate change unravels, ecosystems are facing a warming of the climate and an increase in extreme heat events that are unprecedented in recent geological history. We know very little of the ability of oceanic phytoplankton communities, key players in the regulation of Earth’s climate by the oceans, to adapt to these changes. Quantifying the resilience of phytoplankton communities to environmental stressors by means of adaptive evolution is however crucial to accurately predict the response of marine ecosystems to climate change. In this work, we use an eco-evolutionary model to simulate the adaptive response of marine phytoplankton to temperature changes in an initially temperate oligotrophic water-column. By exploring a wide range of scenarios of phytoplankton adaptive capacity, we find that phytoplankton can adapt to temperature increases –even very large ones– as long as they occur over the time scale of a century. However, when rapid and extreme events of temperature change are considered, the phytoplankton adaptive capacity breaks down in a number of our scenarios in which primary productivity plummets as a result. This suggests that current Earth System Models implicitly assuming perfect and instantaneous phytoplankton adaptation to temperature might be overestimating the phytoplankton’s resilience to climate change.
Published: 2023

12. Summer Hydrography and Circulation in Storfjorden, Svalbard, Following a Record Low Winter Sea‐Ice Extent in the Barents Sea

Author: Frédéric Vivier, Antonio Lourenço, Elisabeth Michel, Ragnheid Skogseth, Clément Rousset, Bruno Lansard, Pascale Bouruet‐Aubertot, Jacqueline Boutin, Bruno Bombled, Yannis Cuypers, Olivier Crispi, Dennis Dausse, Hervé Le Goff, Gurvan Madec, Martin Vancoppenolle, Fanny Van der Linden, Claire Waelbroeck, 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), Développement Instrumental et Techniques Marines (DITM), 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), Paléocéanographie (PALEOCEAN), 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), The University Centre in Svalbard (UNIS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Océan et Interfaces (OCEANIS), Laboratoire d'Océanographie Microbienne (LOMIC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire océanologique de Banyuls (OOB), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité d'Océanographie Chimique, Interfacultary Center for Marine Research (MARE), Université de Liège-Université de Liège, French Oceanographic Fleet (FOF), and CNRS INSU (LEFE program)
Subjects: Svalbard, Arctic, Geophysics, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Barents Sea, Storfjord, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), BSW, Atlantification, Oceanography
Abstract: Storfjorden, Svalbard, hosts a polynya in winter and is an important source region of Brine-enriched Shelf Water (BSW) that, if dense enough, feeds the Arctic Ocean deep water reservoir. Changes in the BSW production may thus have far-reaching impacts. We analyze the water mass distribution and circulation in Storfjorden and the trough south of it, Storfjordrenna, using hydrographic sections occupied in July 2016, following a winter characterized by the lowest ice coverage recorded in the Barents Sea. These observations reveal an unusual hydrographic state, characterized at the surface by the near absence of Melt Water and Storfjorden Surface Water, replaced by a saltier water mass. At depth, BSW (maximum salinity of 34.95) was found from the bottom up to 90 m, above the 120-m deep sill at the mouth to Storfjordrenna. However, no gravity driven overflow was observed downstream of the sill: the dome of BSW remained locked over the depression in a cyclonic circulation pattern consistent with a stratified Taylor column. Observations further reveal a previously unreported intrusion of Atlantic Water far into the fjord, promoting isopycnal mixing with entrapped Arctic Water. This intrusion was possibly favored by positive wind stress curl anomalies over Svalbardbanken and Storfjordrenna. The bottom plume exiting Storfjordrenna was weak, carrying Polar Front Water rather than BSW, too light to sink underneath the Atlantic Water layer at Fram Strait. Whether Storfjorden switched durably to a new hydrographic state, following the observed Atlantification of the Barents Sea after 2005, remains to be established. Key Points Changes in the hydrography and circulation in Storfjorden a decade after a regime shift in the Barents Sea linked to its Atlantification The less saline Brine-enriched Shelf Water remained entrapped in Storfjorden within a cyclonic circulation pattern with no overflow Storfjorden was flooded with Atlantic Water, promoting isopycnal mixing with Arctic Water and the local formation of East Spitsbergen Water Plain Language Summary Storfjorden, east of Spitsbergen, plays an important role in Arctic Ocean climate through formation of dense water as salt is added to the ocean when sea ice forms. This dense water accumulates in winter before spilling toward the deep ocean into autumn, fueling the global ocean’s circulation. We analyze observations from a research cruise in July 2016, following a winter season characterized by the lowest ice coverage in the Barents Sea ever recorded. These observations reveal striking differences from previous reports, which are mostly based on data prior to the 2005 regime shift in the Barents Sea characterized by warmer temperature and reduced ice cover, an expression of its ”Atlantification” reported by many authors. First, the expected overflow of the locally formed dense water was absent. The latter, less saline than usual, was instead trapped in Storfjorden suggesting an intermittent discharge regime usually observed in the fall. Another notable observation is the intrusion of Atlantic Water far inside the fjord. Such a flooding episode, increasingly frequent in the fjords of the west coast of Spitsbergen, is previously unreported in Storfjorden. These observations made in the wake of an exceptionally mild winter could prefigure more permanent changes in this important region.
Published: 2023

13. Including filter-feeding gelatinous macrozooplankton in a global marine biogeochemical model: model–data comparison and impact on the ocean carbon cycle

Author: Corentin Clerc, Laurent Bopp, Fabio Benedetti, Meike Vogt, Olivier Aumont, 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), Institute of Biogeochemistry and Pollutant Dynamics [ETH Zürich] (IBP), Department of Environmental Systems Science [ETH Zürich] (D-USYS), Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich)- Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich), 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), Chaire ENS-ChaneL, ANR-17-CE32-0008,CIGOEF,Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes et les pêcheries océaniques globaux.(2017), European Project: 862923,AtlantECO, and European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Ecology, Evolution, Behavior and Systematics, Earth-Surface Processes
Abstract: Filter-feeding gelatinous macrozooplankton (FFGM), namely salps, pyrosomes and doliolids, are increasingly recognized as an essential component of the marine ecosystem. Unlike crustacean zooplankton (e.g., copepods) that feed on prey that are an order of magnitude smaller, filter feeding allows FFGM to have access to a wider range of organisms, with predator-over-prey size ratios as high as 105:1. In addition, most FFGM produce carcasses and/or fecal pellets that sink 10 times faster than those of copepods. This implies a rapid and efficient export of organic matter to depth. Even if these organisms represent, Biogeosciences, 20 (4), ISSN:17264189, ISSN:1726-4170
Published: 2023

14. Generation of the Southern Ocean pycnocline by sea ice-ocean interactions

Author: Andreas Klocker, Alberto Naveira Garabato, Fabien Roquet, Casimir de Lavergne, Stephen Rintoul, Institute for Marine and Antarctic Studies [Hobart] (IMAS), University of Tasmania [Hobart, Australia] (UTAS), National Oceanography Centre [Southampton] (NOC), University of Southampton, University of Gothenburg (GU), 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 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation [Canberra] (CSIRO)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere
Abstract: The ocean's internal pycnocline is a layer of elevated stratification that separates the well-ventilated upper ocean from the more slowly-renewed deep ocean. Despite its pivotal role in organizing ocean circulation, the processes governing the formation of the internal pycnocline remain little understood. Classical theories on pycnocline formation have been couched in terms of temperature and it is not clear how the theory applies in the high-latitude Southern Ocean, where stratification is dominated by salinity. Here we assess the mechanism generating the internal pycnocline in the subpolar Southern Ocean through the analysis of a high-resolution, realistic, global sea ice-ocean model. We show evidence suggesting that the internal pycnocline's formation is associated with seasonal sea ice-ocean interactions in two distinct ice-covered regions, fringing the Antarctic continental slope and the winter sea-ice edge. In both areas, persistent sea-ice melt creates strong, salinity-based stratification at the base of the surface mixed layer in winter. The resulting sheets of high stratification subsequently descend into the ocean interior at fronts of the Antarctic Circumpolar Current, and connect seamlessly to the internal pycnocline in areas further north in which pycnocline stratification is determined by temperature. Our findings thus suggest an important role of localized sea ice-ocean interactions in configuring the vertical structure of the Southern Ocean., The 28th IUGG General Assembly (IUGG2023) (Berlin 2023)
Published: 2023

15. The representation of alkalinity and the carbonate pump from CMIP5 to CMIP6 Earth system models and implications for the carbon cycle

Author: Alban Planchat, Lester Kwiatkowski, Laurent Bopp, Olivier Torres, James R. Christian, Momme Butenschön, Tomas Lovato, Roland Séférian, Matthew A. Chamberlain, Olivier Aumont, Michio Watanabe, Akitomo Yamamoto, Andrew Yool, Tatiana Ilyina, Hiroyuki Tsujino, Kristen M. Krumhardt, Jörg Schwinger, Jerry Tjiputra, John P. Dunne, Charles Stock, 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), Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (CCCma), Environment and Climate Change Canada, Centro Euro-Mediterraneo per i Cambiamenti Climatici [Bologna] (CMCC), 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), CSIRO Oceans and Atmosphere, Atmosphere and Ocean Research Institute [Kashiwa-shi] (AORI), The University of Tokyo (UTokyo), National Oceanography Centre (NOC), Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Max-Planck-Gesellschaft, Meteorological Research Institute (MRI/JMA), National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Bjerknes Centre for Climate Research (BCCR), Department of Biological Sciences [Bergen] (BIO / UiB), University of Bergen (UiB)-University of Bergen (UiB), NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), and European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019)
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, Ecology, Evolution, Behavior and Systematics, Earth-Surface Processes
Abstract: Ocean alkalinity is critical to the uptake of atmospheric carbon in surface waters and provides buffering capacity towards the associated acidification. However, unlike dissolved inorganic carbon (DIC), alkalinity is not directly impacted by anthropogenic carbon emissions. Within the context of projections of future ocean carbon uptake and potential ecosystem impacts, especially through Coupled Model Intercomparison Projects (CMIPs), the representation of alkalinity and the main driver of its distribution in the ocean interior, the calcium carbonate cycle, have often been overlooked. Here we track the changes from CMIP5 to CMIP6 with respect to the Earth system model (ESM) representation of alkalinity and the carbonate pump which depletes the surface ocean in alkalinity through biological production of calcium carbonate and releases it at depth through export and dissolution. We report an improvement in the representation of alkalinity in CMIP6 ESMs relative to those in CMIP5, with CMIP6 ESMs simulating lower surface alkalinity concentrations, an increased meridional surface gradient and an enhanced global vertical gradient. This improvement can be explained in part by an increase in calcium carbonate (CaCO3) production for some ESMs, which redistributes alkalinity at the surface and strengthens its vertical gradient in the water column. We were able to constrain a particulate inorganic carbon (PIC) export estimate of 44–55 Tmol yr−1 at 100 m for the ESMs to match the observed vertical gradient of alkalinity. Reviewing the representation of the CaCO3 cycle across CMIP5/6, we find a substantial range of parameterizations. While all biogeochemical models currently represent pelagic calcification, they do so implicitly, and they do not represent benthic calcification. In addition, most models simulate marine calcite but not aragonite. In CMIP6, certain model groups have increased the complexity of simulated CaCO3 production, sinking, dissolution and sedimentation. However, this is insufficient to explain the overall improvement in the alkalinity representation, which is therefore likely a result of marine biogeochemistry model tuning or ad hoc parameterizations. Although modellers aim to balance the global alkalinity budget in ESMs in order to limit drift in ocean carbon uptake under pre-industrial conditions, varying assumptions related to the closure of the budget and/or the alkalinity initialization procedure have the potential to influence projections of future carbon uptake. For instance, in many models, carbonate production, dissolution and burial are independent of the seawater saturation state, and when considered, the range of sensitivities is substantial. As such, the future impact of ocean acidification on the carbonate pump, and in turn ocean carbon uptake, is potentially underestimated in current ESMs and is insufficiently constrained.
Published: 2023

16. Ocean dynamics and biological feedbacks limit the potential of macroalgae carbon dioxide removal

Author: Manon Berger, Lester Kwiatkowski, David T Ho, Laurent Bopp, 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), European Project: 821003,CCiCC, and European Project: 820989,H2020-EU.3.5.1.,COMFORT(2019)
Subjects: kelp, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SDU]Sciences of the Universe [physics], seaweed, Public Health, Environmental and Occupational Health, macroalgae cultivation, CDR, MRV, carbon dioxide removal, General Environmental Science, air-sea equilibrium
Abstract: In combination with drastic emission reduction cuts, limiting global warming below 1.5 °C or 2 °C requires atmospheric carbon dioxide removal (CDR) of up to 16 GtCO2 yr−1 by 2050. Among CDR solutions, ocean afforestation through macroalgae cultivation is considered promising due to high rates of productivity and environmental co-benefits. We modify a high-resolution ocean biogeochemical model to simulate the consumption of dissolved inorganic carbon and macronutrients by idealised macroalgal cultivation in Exclusive Economic Zones. Under imposed macroalgal production of 0.5 PgC yr−1 with no nutrient feedbacks, physicochemical processes are found to limit the enhancement in the ocean carbon sink to 0.39 PgC yr−1 (1.43 GtCO2 yr−1), corresponding to CDR efficiency of 79%. Only 0.22 PgC yr−1 (56%) of this air–sea carbon flux occurs in the regions of macroalgae cultivation, posing potential issues for measurement, reporting, and verification. When additional macronutrient limitations and feedbacks are simulated, the realised macroalgal production rate drops to 0.37 PgC yr−1 and the enhancement in the air–sea carbon flux to 0.21 PgC yr−1 (0.79 GtCO yr−1), or 58% of the macroalgal net production. This decrease in CDR efficiency is a consequence of a deepening in the optimum depth of macroalgal production and a reduction in phytoplankton production due to reduced nitrate and phosphate availability. At regional scales, the decrease of phytoplankton productivity can even cause a net reduction in the oceanic carbon sink. Although additional modelling efforts are required, Eastern boundary upwelling systems and regions of the Northeast Pacific and the Southern Ocean are revealed as potentially promising locations for efficient macroalgae-based CDR. Despite the CDR potential of ocean afforestation, our simulations indicate potential negative impacts on marine food webs with reductions in phytoplankton primary production of up to −40 gC m−2 yr−1 in the eastern tropical Pacific.
Published: 2023

17. Significance of Diapycnal Mixing Within the Atlantic Meridional Overturning Circulation

Author: Laura Cimoli, Ali Mashayek, Helen Louise Johnson, David P Marshall, Alberto C. Naveira Garabato, Caitlin Whalen, Clement Vic, Casimir de Lavergne, Matthew H Alford, Jennifer A MacKinnon, Lynne D. Talley, Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP), University of Cambridge [UK] (CAM), Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), Department of Physics [Oxford], University of Oxford, Department of Earth Sciences [Cambridge, UK], Department of Physics, University of Oxford, Keble Road, Oxford, OX1 3RH, UK, University of Southampton, Applied Physics Laboratory [Seattle] (APL-UW), University of Washington [Seattle], 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), 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), Imperial College London, UCSD-CNRS Joint Research Chemistry Laboratory (UMI 3555), University of California (UC)-University of California (UC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cimoli, L [0000-0002-0720-8985], Mashayek, A [0000-0002-8202-3294], Johnson, HL [0000-0003-1873-2085], Marshall, DP [0000-0002-5199-6579], Naveira Garabato, AC [0000-0001-6071-605X], Whalen, CB [0000-0002-4190-0457], Vic, C [0000-0003-1290-9353], de Lavergne, C [0000-0001-9267-7390], Alford, MH [0000-0002-6318-0737], MacKinnon, JA [0000-0002-7690-1185], Talley, LD [0000-0003-1574-729X], and Apollo - University of Cambridge Repository
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, tracer ventilation, diapycnal mixing, [SDU]Sciences of the Universe [physics], General Earth and Planetary Sciences, Atlantic Ocean
Abstract: Diapycnal mixing shapes the distribution of climatically important tracers, such as heat and carbon, as these are carried by dense water masses in the ocean interior. Here, we analyze a suite of observation-based estimates of diapycnal mixing to assess its role within the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). The rate of water mass transformation in the Atlantic Ocean's interior shows that there is a robust buoyancy increase in the North Atlantic Deep Water (NADW, neutral density γn ≃ 27.6–28.15), with a diapycnal circulation of 0.5–8 Sv between 48°N and 32°S in the Atlantic Ocean. Moreover, tracers within the southward-flowing NADW may undergo a substantial diapycnal transfer, equivalent to a vertical displacement of hundreds of meters in the vertical. This result, confirmed with a zonally averaged numerical model of the AMOC, indicates that mixing can alter where tracers upwell in the Southern Ocean, ultimately affecting their global pathways and ventilation timescales. These results point to the need for a realistic mixing representation in climate models in order to understand and credibly project the ongoing climate change. Key Points The cross-density mixing of water and tracers is quantified from observation-based estimates and numerical simulations in the Atlantic Ocean A net 0.5–8 Sv of North Atlantic Deep Water upwells diapycnally in the Atlantic Ocean (48°N–32°S), comprised of larger regional up/downwelling fluxes Tracer mixing in the deep Atlantic Ocean can significantly modify pathways and ventilation rates of tracers upwelling in the Southern Ocean Plain Language Summary The Atlantic Ocean meridional overturning circulation plays a key role in regulating the global heat and carbon budgets by inter-hemispheric transport of anthropogenic and natural tracers as well as water masses. While most of this transport occurs along nearly horizontal density surfaces in the ocean interior, vertical transport across density levels is key to bringing deep waters back to the surface. Such cross-density transport is facilitated mainly by the internal waves breaking into turbulence and near boundary processes. This work employs a host of observation-based estimates of turbulence in the Atlantic Ocean to (a) better quantify the contribution of cross-density mixing to the inter-hemispheric Atlantic circulation, and (b) discuss the potential implications for pathways and residence times of tracers carried from the North Atlantic to the Southern Ocean. This work calls for a more careful representation of turbulence-induced vertical mixing within the Atlantic Ocean in climate models to better understand and project the ongoing climate change.
Published: 2023

18. An original way to evaluate daily rainfall variability simulated by a regional climate model: the case of South African austral summer rainfall

Author: Crétat , Julien, Pohl , Benjamin, Chateau Smith , Carmela, Vigaud , Nicolas, Richard , Yves, 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), Biogéosciences [UMR 6282] (BGS), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), UFR Sciences de la Vie, de la Terre et de l'Environnement (Université de Bourgogne) (UFR SVTE), Université de Bourgogne (UB), International Research Institute for Climate and Society (IRI), Earth Institute at Columbia University, Columbia University [New York]-Columbia University [New York], 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)), Biogéosciences [UMR 6282] [Dijon] (BGS), Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-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 ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Biogéosciences [Dijon] ( BGS ), Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), UFR Sciences de la Vie, de la Terre et de l'Environnement (Université de Bourgogne) ( UFR SVTE ), Université de Bourgogne ( UB ), and International Research Institute for Climate and Society ( IRI )
Subjects: regional climate modelling, South Africa, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, WRF, [ SDU.STU.CL ] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, daily rainfall, cluster analysis
Abstract: 18 pages; International audience; We discuss the value of a clustering approach as a tool for evaluating daily rainfall output from climate models. Ascendant hierarchical clustering is used to evaluate how well South African recurrent daily rainfall patterns are simulated during the austral summer (December to February 1970–1971 to 1998–1999). A set of 35-km regional climate simulations, run with the WRF model and driven by the ERA40 reanalysis, is chosen as a case study. Six recurrent patterns are identified and compared to the observed clusters obtained by applying the same methodology to 5352 daily rain gauge records. Two of the WRF clusters describe either a persistent and widespread dryness (65% of the days) or patterns similar to the seasonal mean rainfall gradient (13% of the days). The four remaining WRF clusters (∼20% of the days) are wetter; they describe the weakening, conservation or strengthening of the average rainfall gradient. The WRF cluster rainfall patterns and their associated circulation match the observed clusters rather well, but their frequency of occurrence is greatly overestimated by WRF during dry events, and underestimated for near-normal rainfall conditions. The weak model biases found at the seasonal timescale conceal strongly biased intraseasonal rainfall variability. The WRF-simulated rainfall patterns are then temporally or spatially projected on to the observed clusters. Spatial projection proves to be the more useful of these two approaches in quantifying model skill by assessing both the temporal co-variability between WRF and observations, and the rainfall biases of the model with or without temporal dephasing. The WRF model simulates transient rainfall activity partially out of phase with observations, which induces large rainfall biases when temporal dephasing is not removed. Rainfall biases are significantly reduced, however, when temporal dephasing is removed. The clustering approach therefore proves its efficiency to highlight climate model strengths and deficiencies.
Published: 2015

19. Unique thermal expansion properties of water key to the formation of sea ice on Earth

Author: Fabien Roquet, David Ferreira, Romain Caneill, Daniel Schlesinger, Gurvan Madec, Department of Marine Sciences [Gothenburg], University of Gothenburg (GU), Department of Meteorology [Reading], University of Reading (UOR), Department of Applied Environmental Science [Stockholm] (ITM), Stockholm University, Bolin Centre for Climate Research, 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)), 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: Multidisciplinary, [SDU]Sciences of the Universe [physics]
Abstract: International audience; The formation of sea ice in polar regions is possible because a salinity gradient or halocline keeps the water column stable despite intense cooling. Here, we demonstrate that a unique water property is central to the maintenance of the polar halocline, namely, that the thermal expansion coefficient (TEC) of seawater increases by one order of magnitude between polar and tropical regions. Using a fully coupled climate model, it is shown that, even with excess precipitations, sea ice would not form at all if the near-freezing temperature TEC was not well below its ocean average value. The leading order dependence of the TEC on temperature is essential to the coexistence of the mid/low-latitude thermally stratified and the high-latitude sea ice–covered oceans that characterize our planet. A key implication is that nonlinearities of water properties have a first-order impact on the global climate of Earth and possibly exoplanets.
Published: 2022

20. Annual variations in phytoplankton biomass driven by small-scale physical processes

Author: M. G. Keerthi, C. J. Prend, O. Aumont, M. Lévy, 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), Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), 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), The Scripps Research Institute [La Jolla], and University of California-University of California
Subjects: [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [SDE]Environmental Sciences, General Earth and Planetary Sciences, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography
Abstract: International audience; Phytoplankton biomass exhibits substantial year-to-year changes, and understanding these changes is crucial to fisheries management and projecting future climate. These annual changes result partly from low-frequency climate modes that also lead to variations in sea surface temperature (SST). Here we evaluate the contribution of small scales to annual fluctuations based on a global analysis of satellite observations of sea surface chlorophyll (SChl), an indicator of phytoplankton biomass, and of SST from 1999 to 2018. We disentangle the spatio-temporal scales of variability in the time series and find that besides the prominent seasonal cycle, SChl is dominated by high-frequency fluctuations (
Published: 2022

21. Explainable Artificial Intelligence for Bayesian Neural Networks: Toward Trustworthy Predictions of Ocean Dynamics

Author: Mariana C A Clare, Maike Sonnewald, Redouane Lguensat, Julie Deshayes, Venkatramani Balaji, Imperial College London, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), University of Washington [Seattle], Princeton University, 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 - 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 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), and ANR-17-MPGA-0010,HRMES,High-Resolution Modeling of the Earth System(2017)
Subjects: FOS: Computer and information sciences, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Computer Science - Machine Learning, J.2, Global and Planetary Change, I.2.6, FOS: Physical sciences, Machine Learning (cs.LG), Physics - Atmospheric and Oceanic Physics, 68T07, 86A05, 86A08, Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph), General Earth and Planetary Sciences, Environmental Chemistry
Abstract: The trustworthiness of neural networks is often challenged because they lack the ability to express uncertainty and explain their skill. This can be problematic given the increasing use of neural networks in high stakes decision-making such as in climate change applications. We address both issues by successfully implementing a Bayesian Neural Network (BNN), where parameters are distributions rather than deterministic, and applying novel implementations of explainable AI (XAI) techniques. The uncertainty analysis from the BNN provides a comprehensive overview of the prediction more suited to practitioners' needs than predictions from a classical neural network. Using a BNN means we can calculate the entropy (i.e. uncertainty) of the predictions and determine if the probability of an outcome is statistically significant. To enhance trustworthiness, we also spatially apply the two XAI techniques of Layer-wise Relevance Propagation (LRP) and SHapley Additive exPlanation (SHAP) values. These XAI methods reveal the extent to which the BNN is suitable and/or trustworthy. Using two techniques gives a more holistic view of BNN skill and its uncertainty, as LRP considers neural network parameters, whereas SHAP considers changes to outputs. We verify these techniques using comparison with intuition from physical theory. The differences in explanation identify potential areas where new physical theory guided studies are needed., Comment: 25 pages, 11 figures
Published: 2022

22. Antarctic Seabed Assemblages in an Ice-Shelf-Adjacent Polynya, Western Weddell Sea

Author: Frinault, Bétina AV, Christie, Frazer DW, Fawcett, Sarah E, Flynn, Raquel F, Hutchinson, Katherine A, Montes Strevens, Chloë MJ, Taylor, Michelle L, Woodall, Lucy C, Barnes, David KA, Frinault, Bétina AV [0000-0002-0418-0040], Fawcett, Sarah E [0000-0002-0878-6496], Flynn, Raquel F [0000-0003-3118-4474], Hutchinson, Katherine A [0000-0002-3472-8273], Taylor, Michelle L [0000-0001-7271-4385], Woodall, Lucy C [0000-0001-7295-7184], Barnes, David KA [0000-0002-9076-7867], Apollo - University of Cambridge Repository, School of Geography and the Environment [Oxford] (SoGE), University of Oxford, Scott Polar Research Institute, University of Cambridge [UK] (CAM), Department of Oceanography [Cape Town], University of Cape Town, Marine and Antarctic Research Center for Innovation and Sustainability (MARIS), 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 life sciences, University of Essex, British Antarctic Survey (BAS), and Natural Environment Research Council (NERC)
Subjects: climate change, ice shelf, continental shelf, coastal polynya, benthic assemblages, benthic biodiversity, functional groups, Larsen C Ice Shelf, Antarctica, Weddell Sea, General Immunology and Microbiology, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, Article, [SDU]Sciences of the Universe [physics], General Agricultural and Biological Sciences
Abstract: Peer reviewed: True, Funder: the Prince Albert II of Monaco Foundation, Funder: University of Cape Town Future Leaders Programme, Funder: Nekton Foundation, Funder: the Natural Environment Research Council core funding, Ice shelves cover ~1.6 million km2 of the Antarctic continental shelf and are sensitive indicators of climate change. With ice-shelf retreat, aphotic marine environments transform into new open-water spaces of photo-induced primary production and associated organic matter export to the benthos. Predicting how Antarctic seafloor assemblages may develop following ice-shelf loss requires knowledge of assemblages bordering the ice-shelf margins, which are relatively undocumented. This study investigated seafloor assemblages, by taxa and functional groups, in a coastal polynya adjacent to the Larsen C Ice Shelf front, western Weddell Sea. The study area is rarely accessed, at the frontline of climate change, and located within a CCAMLR-proposed international marine protected area. Four sites, ~1 to 16 km from the ice-shelf front, were explored for megabenthic assemblages, and potential environmental drivers of assemblage structures were assessed. Faunal density increased with distance from the ice shelf, with epifaunal deposit-feeders a surrogate for overall density trends. Faunal richness did not exhibit a significant pattern with distance from the ice shelf and was most variable at sites closest to the ice-shelf front. Faunal assemblages significantly differed in composition among sites, and those nearest to the ice shelf were the most dissimilar; however, ice-shelf proximity did not emerge as a significant driver of assemblage structure. Overall, the study found a biologically-diverse and complex seafloor environment close to an ice-shelf front and provides ecological baselines for monitoring benthic ecosystem responses to environmental change, supporting marine management.
Published: 2022

23. The carbon footprint of scientiﬁc visibility

Author: Olivier Berné, Lydiane Agier, Antoine Hardy, Emmanuel Lellouch, Olivier Aumont, Jérôme Mariette, Tamara Ben-Ari, Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), 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), 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), Unité Mixte de Recherche Epidémiologique et de Surveillance Transport Travail Environnement (UMRESTTE UMR_T9405), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Gustave Eiffel, Centre Émile Durkheim (CED), Sciences Po Bordeaux - Institut d'études politiques de Bordeaux (IEP Bordeaux)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics (LESIA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-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)), 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), Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRAE), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES Paris ), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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), and Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109))
Subjects: GHG emissions, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, Public Health, Environmental and Occupational Health, H-index, academia, air travel, General Environmental Science
Abstract: In the face of global warming, academics have started to consider and analyze the environmental and carbon footprint associated with their professional activity. Among the several sources of greenhouse gas emissions from research activities, air travel—one of the most visible and unequal fractions of this footprint—has received much attention. Of particular interest is the question of how air travel may be related to scientific success or visibility as defined by current academic evaluation norms, notably bibliometric indicators. Existing studies, conducted over a small sample of individuals or within specific disciplines, have demonstrated that the number of citations may be related to air-travel frequency, but have failed to identify a link between air travel and publication rate or h-index. Here, using a comprehensive dataset aggregating the answers from over 6000 respondents to a survey sent to randomly selected scientists and staff across all research disciplines in France, we show that higher individual air travel is associated with a stronger publication rate and h-index. This relationship is robust to the inclusion of the effects of gender, career stage, and disciplines. Our analysis suggests that flying is a means for early-career scientists to obtain scientific visibility, and for senior scientists to maintain this visibility.
Published: 2022

24. Modulation of the seasonal cycle of the Antarctic sea ice extent by sea ice processes and feedbacks with the ocean and the atmosphere

Author: Hugues Goosse, Sofia Allende Contador, Cecilia M. Bitz, Edward Blanchard-Wrigglesworth, Clare Eayrs, Thierry Fichefet, Kenza Himmich, Pierre-Vincent Huot, François Klein, Sylvain Marchi, François Massonnet, Bianca Mezzina, Charles Pelletier, Lettie Roach, Martin Vancoppenolle, Nicole P. M. van Lipzig, Earth and Life Institute - Environmental Sciences (ELIE), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Department of Atmospheric Sciences [Seattle], University of Washington [Seattle], New York University [Abu Dhabi], NYU System (NYU), 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 Earth and Environmental Sciences [Leuven] (EES), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS), NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), Center for Climate Systems Research [New York] (CCSR), Columbia University [New York], and UCL - SST/ELI/ELIC - Earth & Climate
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Science & Technology, THICKNESS DISTRIBUTION, LIM3.6, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Geology, MODEL, Geography, Physical, Physical Geography, Physical Sciences, MASS-BALANCE, WATER, Geosciences, Multidisciplinary, SENSITIVITY, MIXED-LAYER, Earth-Surface Processes, Water Science and Technology
Abstract: The seasonal cycle of the Antarctic sea ice extent is strongly asymmetric, with a relatively slow increase after the summer minimum followed by a more rapid decrease after the winter maximum. This cycle is intimately linked to the seasonal cycle of the insolation received at the top of the atmosphere, but sea ice processes as well as the exchanges with the atmosphere and ocean may also play a role. To quantify these contributions, a series of idealized sensitivity experiments have been performed with an eddy-permitting (1/4∘) NEMO-LIM3 (Nucleus for European Modelling of the Ocean–Louvain-la-Neuve sea ice model version 3) Southern Ocean configuration, including a representation of ice shelf cavities, in which the model was either driven by an atmospheric reanalysis or coupled to the COSMO-CLM2 regional atmospheric model. In those experiments, sea ice thermodynamics and dynamics as well as the exchanges with the ocean and atmosphere are strongly perturbed. This perturbation is achieved by modifying snow and ice thermal conductivities, the vertical mixing in the ocean top layers, the effect of freshwater uptake and release upon sea ice growth and melt, ice dynamics, and surface albedo. We find that the evolution of sea ice extent during the ice advance season is largely independent of the direct effect of the perturbation and appears thus mainly controlled by initial state in summer and subsequent insolation changes. In contrast, the melting rate varies strongly between the experiments during the retreat, in particular if the surface albedo or sea ice transport are modified, demonstrating a strong contribution of those elements to the evolution of ice coverage through spring and summer. As with the advance phase, the retreat is also influenced by conditions at the beginning of the melt season in September. Atmospheric feedbacks enhance the model winter ice extent response to any of the perturbed processes, and the enhancement is strongest when the albedo is modified. The response of sea ice volume and extent to changes in entrainment of subsurface warm waters to the ocean surface is also greatly amplified by the coupling with the atmosphere.
Published: 2022

25. Reproducible and Relocatable Regional Ocean Modelling: Fundamentals and practices

Author: Jeff Polton, James Harle, Jason Holt, Anna Katavouta, Dale Partridge, Jenny Jardine, Sarah Wakelin, Julia Rulent, Anthony Wise, Katherine Hutchinson, David Byrne, Diego Bruciaferri, Enda O'Dea, Michela De Dominicis, Pierre Mathiot, Andrew Coward, Andrew Yool, Julien Palmiéri, Gennadi Lessin, Claudia Gabriela Mayorga-Adame, Valérie Le Guennec, Alex Arnold, Clément Rousset, National Oceanography Centre (NOC), Plymouth Marine Laboratory (PML), 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), Met Office Climate Research Division, United Kingdom Met Office [Exeter], Institut de gestion des entreprises -USJ (IGE), Université Saint-Joseph de Beyrouth (USJ), Pusan National University, European Project: 821926,IMMERSE(2018), and European Project: 820575,TiPACCs
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, General Medicine
Abstract: In response to an increasing demand for bespoke or tailored regional ocean modelling configurations, we outline fundamental principles and practices that can expedite the process to generate new configurations. The paper develops the principle of reproducibility and advocates adherence by presenting benefits to the community and user. The elements of this principle are reproducible workflows and standardised assessment, with additional effort over existing working practices being balanced against the added value generated. The paper then decomposes the complex build process, for a new regional ocean configuration, into stages and presents guidance, advice and insight for each component. This advice is compiled from across the NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) user community and sets out principles and practises that encompass regional ocean modelling with any model. With detailed and region-specific worked examples in Sects. 3 and 4, the linked companion repositories and DOIs all target NEMOv4. The aim of this review and perspective paper is to broaden the user community skill base and to accelerate development of new configurations in order to increase the time available for exploiting the configurations.
Published: 2022

26. First Observations of Seasonal Variability in Water Mass Properties Across the Agulhas Current

Author: Laura Braby, Julie Deshayes, Lisa Beal, Tamaryn Morris, Guillaume Novelli, James Maitland, Isabelle Ansorge, Juliet Hermes, South African Environmental Observation Network [Pretoria] (SAEON), Department of Oceanography [Cape Town], University of Cape Town, 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), Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science (RSMAS), University of Miami [Coral Gables], South African Weather Service (SAWS), and Nelson Mandela University [Port Elizabeth]
Subjects: Geophysics, Space and Planetary Science, Geochemistry and Petrology, Earth and Planetary Sciences (miscellaneous), [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Oceanography
Abstract: International audience
Published: 2022

27. What causes anthropogenic ocean warming to emerge from internal variability in a coupled model?

Author: Yona Silvy, Jean-Baptiste Sallée, Eric Guilyardi, Juliette Mignot, Clément Rousset, 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), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), NCAS-Climate [Reading], Department of Meteorology [Reading], University of Reading (UOR)-University of Reading (UOR), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), ANR-18-MPGA-0001,ARCHANGE,Changement climatique et Arctique et circulation océanique globale(2018), and European Project: 821001,SO-CHIC(2019)
Subjects: Ocean, [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], Atmospheric Science, Meridional overturning circulation, Ensembles: Numerical analysis/modeling, Climate variability, Coupled models
Abstract: In response to increasing human emissions, the global ocean is continually warming. The spatial distribution of this warming can result from several mechanisms, difficult to disentangle in observations. Idealized modeling studies have successfully separated the contribution of additional heat passively entering the ocean from the contribution of the changing circulation redistributing the pre-existing heat in response to perturbations in air–sea fluxes. However, the time scales of these different contributions have been largely unexplored so far. Here, we revisit this decomposition with a novel numerical framework to investigate the mechanisms driving regional ocean warming and its emergence from internal variability. Based on the IPSL-CM6A-LR coupled model and its large ensemble of transient climate change simulations, we extract both the internal fluctuations and the externally forced signal in each component of the surface fluxes. With a stand-alone configuration of the ocean, we then test the response to perturbations applied on all surface fluxes together or individually. We find that the contribution of the different processes can largely vary in time, reinforcing or counteracting each other, causing the time of emergence of subsurface temperature changes to be advanced or delayed. Anthropogenic warming in the upper ocean water masses is generally driven by the uptake of excess heat passively stored by the ocean circulation. Circulation changes have a minor role at the time when these signals emerge. On the contrary, in the deeper ocean, circulation changes are much more sensitive to surface forcings and play an important role in setting the time scales of ocean warming, through redistributive warming or cooling.
Published: 2022

28. The Polar Transition from Alpha to Beta Regions Set by a Surface Buoyancy Flux Inversion

Author: Romain Caneill, Fabien Roquet, Gurvan Madec, Jonas Nycander, Department of Marine Sciences [Gothenburg], University of Gothenburg (GU), 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 Meteorology [Stockholm] (MISU), and Stockholm University
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Oceanography
Abstract: The stratification is primarily controlled by temperature in subtropical regions (alpha ocean) and by salinity in subpolar regions (beta ocean). Between these two regions lies a transition zone, often characterized by deep mixed layers in winter and responsible for the ventilation of intermediate or deep layers. While of primary interest, no consensus on what controls its position exists yet. Among the potential candidates, we find the wind distribution, air–sea fluxes, or the nonlinear cabbeling effect. Using an ocean general circulation model in an idealized basin configuration, a sensitivity analysis is performed testing different equations of state. More precisely, the thermal expansion coefficient (TEC) temperature dependence is explored, changing the impact of heat fluxes on buoyancy fluxes in a series of experiments. The polar transition zone is found to be located at the position where the sign of the surface buoyancy flux reverses to become positive, in the subpolar region, while wind or cabbeling are likely of secondary importance. This inversion becomes possible because the TEC is reducing at low temperature, enhancing in return the relative impact of freshwater fluxes on the buoyancy forcing at high latitudes. When the TEC is made artificially larger at low temperature, the freshwater flux required to produce a positive buoyancy flux increases and the polar transition moves poleward. These experimets demonstrate the important role of competing heat and freshwater fluxes in setting the position of the transition zone. This competition is primarily influenced by the spatial variations of the TEC linked to meridional variations of the surface temperature.
Published: 2022

29. A transition support system to build decarbonization scenarios in the academic community

Author: Nicolas Gratiot, Jérémie Klein, Marceau Challet, Olivier Dangles, Serge Janicot, Miriam Candelas, Géraldine Sarret, Géremy Panthou, Benoît Hingray, Nicolas Champollion, Julien Montillaud, Pascal Bellemain, Odin Marc, Cédric-Stéphane Bationo, Loïs Monnier, Laure Laffont, Marie-Alice Foujols, Véronique Riffault, Liselotte Tinel, Emmanuel Mignot, Nathalie Philippon, Alain Dezetter, Alexandre Caron, Guillaume Piton, Aurélie Verney-Carron, Anne Delaballe, Nelly Bardet, Florence Nozay-Maurice, Anne-Sophie Loison, Franck Delbart, Sandrine Anquetin, Françoise Immel, Christophe Baehr, Fabien Malbet, Céline Berni, Laurence Delattre, Vincent Echevin, Elodie Petitdidier, Olivier Aumont, Florence Michau, Nicolas Bijon, Jean-Philippe Vidal, Sébastien Pinel, Océane Biabiany, Cathy Grevesse, Louise Mimeau, Anne Biarnès, Charlotte Récapet, Morgane Costes-Thiré, Mariline Poupaud, Maialen Barret, Marie Bonnin, Virginie Mournetas, Bernard Tourancheau, Bertrand Goldman, Marie Paule Bonnet, Isabelle Michaud Soret, 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)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-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)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, 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)-Université de Montpellier (UM), 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), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA), Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213) (UTINAM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), 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), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Erosion torrentielle neige et avalanches (UR ETGR (ETNA)), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, RiverLy - Fonctionnement des hydrosystèmes (RiverLy), Lille économie management - UMR 9221 (LEM), Université d'Artois (UA)-Université catholique de Lille (UCL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), 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 ), 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.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, [SCCO.PSYC]Cognitive science/Psychology, [SHS.PSY]Humanities and Social Sciences/Psychology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society
Abstract: A growing portion of scientists realises the need to not only alert about climate change, but also change their professional practices. A range of tools have emerged to promote more sustainable activities, yet many scientists struggle to go beyond simple awareness-raising to create concrete transition actions. Here we propose a game-based transition support system MaTerre180’, which has been designed to build scenarios of greenhouse gas (GHG) emission reductions in the academic community. After providing a common scientific background about the context (global warming issue, its causes and consequences) and setting up a challenge (50% reduction of carbon budget by 2030), the participants belonging to the academic community and its governance bodies immerse themselves into fictional characters, to simulate the behaviour of real research groups. The game has been deployed during the year 2021, with six hundred participants from nine countries and 50 cities. Results explore clear pathways for GHG reductions between 25 and 60%, and a median reduction of 46%. The alternatives allowing the greatest reduction are video communication tools (36%), followed by mutualization of professional activities and voluntary cancellation or reduction, that represent 22 and 14% of reduction, respectively. The remaining 28% of reduction consists of transport alternative, relocation of professional activities, extended duration of some travels, etc. In addition, the analyses pointed out the importance of the guided negotiation phase to bring out some alternatives such as relocation, local partners and computing optimization. An added value of this transition support system is that the information it collects (anonymously) will be used to answer pressing research questions in climate change science and environmental psychology regarding the use of serious games for promoting changes in attitudes and behaviours towards sustainability, and including broader questions on how network structures influence “climate behaviour”, knowledge and the governance of the commons. Modestly, MaTerre180’ offers an innovative game-based transition support system to build scenarios of greenhouse gas (GHG) emission reductions in the academic community. It is not simply a question of moving tokens on a virtual gameboard and a playful adjustment of practices, but rather a question of brainstorming about possible and desirable ways of remodelling research and teaching communities and embracing a new paradigm. After tens of workshops, our results show clear pathways for reaching up to 50% GHG reductions and stress the importance of guided negotiations to bring out alternatives to carbonized activities. This first attempt reinforces our belief that scientific engagement is at the heart of the international development agenda and a key approach to tear down the institutional barriers that inhibit the transformation needed to achieve a more sustainable society.
Published: 2023

30. Mechanisms underlying the epipelagic ecosystem response to ENSO in the equatorial Pacific ocean

Author: Nicolas Barrier, Matthieu Lengaigne, Jonathan Rault, Renaud Person, Christian Ethé, Olivier Aumont, Olivier Maury, 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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), 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)), 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 Paris Cité (UPCité)
Subjects: [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Geology, [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, Aquatic Science
Abstract: International audience
Published: 2023

31. Impact of atmospheric forcing uncertainties on Arctic and Antarctic sea ice simulation in CMIP6 OMIP

Author: Xia Lin, François Massonnet, Thierry Fichefet, Martin Vancoppenolle, 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), Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, 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)), 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, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes
Abstract: Atmospheric reanalyses are valuable datasets to drive ocean-sea ice general circulation model and to propose multi-decadal reconstructions of the ocean-sea ice system in polar regions. However, these reanalyses exhibit biases in these regions. It was previously found that the representation of Arctic and Antarctic sea ice in models participating in the Ocean Model Intercomparison Project Phase 2 (OMIP2, using the Japanese 55-year atmospheric reanalysis) was significantly more realistic than in the OMIP1 (forced by atmospheric state from the Coordinated Ocean-ice Reference Experiments version 2, CORE-II). To understand why, we study the sea ice concentration budget and its relations to surface heat and momentum fluxes, as well as the connections between the simulated ice drift and the ice concentration, the ice thickness and the wind stress in a subset of three models (CMCC-CM2-SR5, MRI-ESM2-0, and NorESM2-LM). These three models are representative of the ensemble and are the only ones to provide the tendencies of ice concentration attributed to dynamic and thermodynamic processes required for the ice concentration budget analysis. It is found that negative summer biases in high-ice concentration regions and positive biases in the Canadian Arctic Archipelago (CAA) and central Weddell Sea (CWS) regions are reduced from OMIP1 to OMIP2 due to surface heat fluxes changes. Net shortwave radiation fluxes provide key improvements in the Arctic interior, CAA and CWS regions. There is also an influence of improved surface wind stress in OMIP2 giving better winter Antarctic ice concentration and the Arctic drift speed simulations near the ice edge. The ice velocity direction simulation in the Beaufort Gyre and the Pacific and Atlantic sectors of the Southern Ocean in OMIP2 are also improved owing to surface wind stress changes. This study provides clues on how improved atmospheric reanalysis products influence sea ice simulations. Our findings suggest that attention should be paid to the radiation fluxes and winds in atmospheric reanalyses in polar regions.
Published: 2022

32. Stability and accuracy of Runge-Kutta based split-explicit time-stepping algorithms for free-surface ocean models

Author: Lemarié, Florian, Ducousso, Nicolas, Debreu, Laurent, Madec, Gurvan, 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), Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM), Ministère de la Défense, 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 Lemarié, Florian
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [SDU.OCEAN] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP], [MATH.MATH-AP] Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP]
Abstract: International audience; Because of the Boussinesq assumption employed in the vast majority of oceanic models, the acoustic waves are filtered and the fast dynamics corresponds to the external gravity-wave propagation which is much faster than other (internal) processes. The fast and slow dynamics are traditionally split into separate subproblems where the fast motions are nearly independent of depth. It is thus natural to model these motions with a two-dimensional (barotropic) system of equations while the slow processes are modeled with a three-dimensional (baroclinic) system. However such splitting is inexact, the barotropic mode is not strictly depth-independent meaning that the separation of slow and fast modes is non-orthogonal, even in the linear case. A consequence is that there are some fast components contained in the slow motions which induce instabilities controlled by time filtering of the fast mode. In this talk we present an analysis of the stability and accuracy of the barotropic–baroclinic mode splitting in the case where the baroclinic mode is integrated using a Runge-Kutta scheme and the barotropic mode is integrated explicitly (i.e. the so-called split-explicit approach). By referring to the theoretical framework developed by Demange et al. (2019), the analysis is based on an eigenvector decomposition using the true (depth-dependent) barotropic mode. We investigate several strategies to achieve stable integrations whose performance is assessed first on a theoretical ground and then by idealized linear and nonlinear numerical experiments.
Published: 2022

33. Examining the Interaction Between Free‐Living Bacteria and Iron in the Global Ocean

Author: Alessandro Tagliabue, Lavenia Ratnarajah, Olivier Aumont, Anh Le-Duy Pham, 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 Environmental Sciences [Durban], University of KwaZulu-Natal [Durban, Afrique du Sud] (UKZN), and ANR-17-CE32-0008,CIGOEF,Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes et les pêcheries océaniques globaux.(2017)
Subjects: Atmospheric Science, Global and Planetary Change, fungi, Environmental Chemistry, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], General Environmental Science
Abstract: International audience; Marine free-living (FL) bacteria play a key role in the cycling of essential biogeochemical elements, including iron (Fe), during their uptake, transformation and release of organic matter throughout the water column. Similar to phytoplankton, the growth of FL bacteria is regulated by nutritive resources such as Fe, and the low availability of these resources may influence bacterial interactions with phytoplankton, causing knock-on effects for biogeochemical cycling. Yet, knowledge of the factors limiting the growth of FL bacteria and their role within the Fe cycle is poorly constrained. Here, we explicitly represent FL, carbon-oxidizing bacteria in a three-dimensional global ocean biogeochemistry model to address these questions. We find that although Fe can emerge as proximally limiting in the tropical Pacific and in high-latitude regions during summer, the growth of FL bacteria is ultimately controlled by the availability of labile dissolved organic carbon over most of the world's oceans. In Fe-limited regions, FL bacterial biomass is sensitive to their Fe uptake capability in seasonally Fe-limitation regions and to their minimum Fe requirements in regions perennially low in Fe. Fe consumption by FL bacteria is significant in the upper ocean in our model, and their competition with phytoplankton for Fe affects phytoplankton growth dynamics and can make bacteria become more carbon limited. The impact of FL bacteria on the Fe distribution in the ocean interior is small due to a tight coupling between Fe uptake and release. Moving forward, future work that considers other bacteria groups and different bacterial metabolisms is needed to explore the broader role of bacteria in ocean Fe cycling. In this context, the global growing’ omics data from ocean observing programs can play a crucial role.
Published: 2022

34. Are General Circulation Models obsolete?

Author: V. Balaji, Fleur Couvreux, Julie Deshayes, Jacques Gautrais, Frédéric Hourdin, Catherine Rio, Princeton University, 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), 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), Centre de Recherches sur la Cognition Animale - UMR5169 (CRCA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), 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), and ANR-17-MPGA-0010,HRMES,High-Resolution Modeling of the Earth System(2017)
Subjects: model calibration, Multidisciplinary, Climate Change, Climate, Physics, FOS: Physical sciences, Computational Physics (physics.comp-ph), Nonlinear Sciences - Chaotic Dynamics, [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, Physics - Atmospheric and Oceanic Physics, machine learning, model hierarchy, [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph), Computer Simulation, Chaotic Dynamics (nlin.CD), Physics - Computational Physics, climate modeling, Forecasting
Abstract: Traditional general circulation models, or GCMs -- i.e. 3D dynamical models with unresolved terms represented in equations with tunable parameters -- have been a mainstay of climate research for several decades, and some of the pioneering studies have recently been recognized by a Nobel prize in Physics. Yet, there is considerable debate around their continuing role in the future. Frequently mentioned as limitations of GCMs are the structural error and uncertainty across models with different representations of unresolved scales; and the fact that the models are tuned to reproduce certain aspects of the observed Earth. We consider these shortcomings in the context of a future generation of models that may address these issues through substantially higher resolution and detail, or through the use of machine learning techniques to match them better to observations, theory, and process models. It is our contention that calibration, far from being a weakness of models, is an essential element in the simulation of complex systems, and contributes to our understanding of their inner workings. Models can be calibrated to reveal both fine-scale detail, or the global response to external perturbations. New methods enable us to articulate and improve the connections between the different levels of abstract representation of climate processes, and our understanding resides in an entire hierarchy of models where GCMs will continue to play a central role for the foreseeable future.., 9 pages, 5 figures, 93 citations
Published: 2022

35. Acute Sensitivity of Global Ocean Circulation and Heat Content to Eddy Energy Dissipation Timescale

Author: J. Mak, D. P. Marshall, G. Madec, J. R. Maddison, Department of Physics [Oxford], University of Oxford, Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), 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 Mathematics - University of Edinburgh, University of Edinburgh, and Maxwell Institute for Mathematical Sciences
Subjects: Physics - Atmospheric and Oceanic Physics, Geophysics, Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph), Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), FOS: Physical sciences, General Earth and Planetary Sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Physics - Fluid Dynamics, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, Physics::Geophysics
Abstract: The global ocean overturning circulation, critically dependent on the global density stratification, plays a central role in regulating climate evolution. While it is well-known that the global stratification profile exhibits a strong dependence to Southern Ocean dynamics and in particular to wind and buoyancy forcing, we demonstrate here that the stratification is also acutely sensitive to the mesoscale eddy energy dissipation time-scale. Within the context of a global ocean circulation model with an energy constrained mesoscale eddy parameterization, it is shown that modest variations in the eddy energy dissipation time-scale lead to significant variations in key metrics relating to ocean circulation, namely the Antarctic Circumpolar Current transport, Atlantic Meridional Overturning Circulation strength, and global ocean heat content, over long time-scales. The results highlight a need to constrain uncertainties associated with eddy energy dissipation for climate model projections over centennial time-scales, but also for paleoclimate simulations over millennial time-scales., Comment: 13 pages, 4 figures; preprint version; accepted by Geophysical Research Letters, post-print version to be made available at a later point
Published: 2022

36. Part I: Hydrological properties within the eastern Indonesian throughflow region during the INDOMIX experiment

Author: Atmadipoera, Agus, Koch-Larrouy, Ariane, Madec, Gurvan, Grelet, Jacques, Baurand, François, Jaya, Indra, Dadou, Isabelle, Institut Pertanian Bogor (IPB), IPB-Bogor University of Agriculture, 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), Instrumentation, Moyens analytiques, Observatoires en Géophysique et Océanographie (IMAGO), and INDOMIX cruise
Subjects: Hydrographic measurement, Eastern Indonesian archipelago, Tidally induced vertical mixing, INDOMIX cruise, North and South Pacific water, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], ITF water masses, Aquatic Science, North Indian intermediate water, Oceanography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: The Indonesian Mixing (INDOMIX) cruise of July 2010, resolves the Pacific Ocean water masses spreading from the Halmahera Sea through the Seram Sea, Manipa Strait, Banda Sea, to the Ombai Strait, and along the southern margin of Lesser Sunda Arc across the northern Savu Sea, Sumba Strait, and south of Lombok Strait. This paper focuses on the characteristics and stratification of the water masses, along this path and Part II of this study discusses the biogeochemical aspects. Two companion papers on quantification of turbulent mixing have been published elsewhere. We find: a) A marked transformation of South Pacific (SP) thermocline water within a sharp salinity front between the Halmahera Seram Seas. Tidally induced vertical mixing is the main process weakening the SP stratification, as suggested by a simple 1-dimensional diffusion model forced by vertical diffusivity of INDOMIX vertical microstructure profiler dataset. The transformation of SP water by vertical mixing can occur after 3 days, which is in good agreement with previously reported water mass residence times. Lateral advection plays a minor role; b) Interleaving salinity structure within the thermocline of the central Halmahera Sea and two deeper inflow channels. The interleaving salinity features within the central Halmahera Sea thermocline occurs where vertical diffusivity is relatively weak, compared to the vertical mixing at entry/exit portal that removes the interleaving salinity features. Two deeper inflow channels (about 950 m and 740 m depth) in the entry portal of the Halmahera Sea are mapped from the multi-beam echo sounder measurement, where both channels allow the renewal of SP thermocline water and salinity interleaving processes; c) Northward flow of thermocline water (100–200 m depth) in the Manipa Strait that injects Banda homogeneous salinity water into Seram Sea that erode Halmahera salty water via strong diapycnal mixing; d) Cyclonic upper layer circulation in Banda where eastward (westward) flow occurs in the northern (southern) Banda, confirmed by recent modeling study; and e) Relative salty Indian Ocean intermediate water flowing along southern margin of the Lesser Sunda Arc, within the South Java Undercurrent. Two distinct upper thermocline water, due to different source of Indonesian Throughflow (ITF) water, are found in the Banda Sea: fresher and colder water contrasting to saltier and warmer water that converge in this confluence region. Beneath it, Banda intermediate homogeneous salinity water and low dissolved oxygen water is dominant.
Published: 2022

37. The future of Arctic sea-ice biogeochemistry and ice-associated ecosystems

Author: Letizia Tedesco, François Fripiat, Sébastien Moreau, Pat Wongpan, Hauke Flores, Maria A. van Leeuwe, Philipp Assmy, Ilka Peeken, O. Crabeck, Karley Campbell, Bruno Delille, Hermanni Kaartokallio, Lisa A. Miller, Klaus M Meiners, Melissa Chierici, Jean-Louis Tison, Marcello Vichi, Kristina A. Brown, Daiki Nomura, Agneta Fransson, Nicolas-Xavier Geilfus, Nadja Steiner, Brent Else, Jacqueline Stefels, Fanny Van der Linden, Caroline Jacques, Martin Vancoppenolle, Giulia Castellani, Ellen Damm, Jeff S. Bowman, Marie Kotovitch, Delphine Lannuzel, Elizabeth M. Jones, Janne-Markus Rintala, University of Tasmania [Hobart, Australia] (UTAS), Finnish Environment Institute (SYKE), Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences [Groningen] (GELIFES), University of Groningen [Groningen], Department of Arctic and Marine Biology, University of Tromsø (UiT), The Arctic University of Norway [Tromsø, Norway] (UiT), Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI), Freshwater and Oceanic Sciences Unit of reSearch (FOCUS), Laboratory of Oceanology, Université de Liège-Université de Liège, Fisheries and Oceans Canada (DFO), Norwegian Polar Institute, Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), Finnish Institute of Marine Research (FIMR), University of East Anglia [Norwich] (UEA), University of Calgary, Faculté des Sciences [Bruxelles] (ULB), Université libre de Bruxelles (ULB), University of Manitoba [Winnipeg], Laboratoire de Glaciologie [Bruxelles], Australian Antarctic Division (AAD), Australian Government, Department of the Environment and Energy, Hokkaido Information University, Institute for Atmospheric and Earth System Research (INAR), Helsingin yliopisto = Helsingfors universitet = University of Helsinki, 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 Cape Town, and Institute for Marine and Antarctic Studies [Hobart] (IMAS)
Subjects: 0303 health sciences, geography, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Biogeochemistry, Environmental Science (miscellaneous), 01 natural sciences, Ozone depletion, Arctic ice pack, 03 medical and health sciences, chemistry.chemical_compound, Oceanography, chemistry, Arctic, Megafauna, [SDE]Environmental Sciences, Carbon dioxide, Sea ice, Environmental science, Ecosystem, human activities, Social Sciences (miscellaneous), Sciences exactes et naturelles, 030304 developmental biology, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: The Arctic sea-ice-scape is rapidly transforming. Increasing light penetration will initiate earlier seasonal primary production. This earlier growing season may be accompanied by an increase in ice algae and phytoplankton biomass, augmenting the emission of dimethylsulfide and capture of carbon dioxide. Secondary production may also increase on the shelves, although the loss of sea ice exacerbates the demise of sea-ice fauna, endemic fish and megafauna. Sea-ice loss may also deliver more methane to the atmosphere, but warmer ice may release fewer halogens, resulting in fewer ozone depletion events. The net changes in carbon drawdown are still highly uncertain. Despite large uncertainties in these assessments, we expect disruptive changes that warrant intensified long-term observations and modelling efforts., info:eu-repo/semantics/published
Published: 2020

38. A posteriori learning of quasi-geostrophic turbulence parametrization: an experiment on integration steps

Author: Frezat, Hugo, Le Sommer, Julien, Fablet, Ronan, Balarac, Guillaume, Lguensat, Redouane, Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels [Grenoble] (LEGI), 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), 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 ), Département Mathematical and Electrical Engineering (IMT Atlantique - MEE), IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Equipe Observations Signal & Environnement (Lab-STICC_OSE), Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), 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 (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 (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), 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), IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), 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)-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), 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 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 ), LabSTICC (UMR CNRS 6285), and LabSTICC
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Physics::Fluid Dynamics, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Computer Science - Machine Learning, Physics - Atmospheric and Oceanic Physics, Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph), Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), FOS: Physical sciences, Physics - Fluid Dynamics, Physics::Atmospheric and Oceanic Physics, Machine Learning (cs.LG)
Abstract: Modeling the subgrid-scale dynamics of reduced models is a long standing open problem that finds application in ocean, atmosphere and climate predictions where direct numerical simulation (DNS) is impossible. While neural networks (NNs) have already been applied to a range of three-dimensional flows with success, two dimensional flows are more challenging because of the backscatter of energy from small to large scales. We show that learning a model jointly with the dynamical solver and a meaningful \textit{a posteriori}-based loss function lead to stable and realistic simulations when applied to quasi-geostrophic turbulence., 6 pages, 3 figures, presented at the Fourth Workshop on Machine Learning and the Physical Sciences (NeurIPS 2021)
Published: 2022

39. Improving ocean modeling software NEMO 4.0 benchmarking and communication efficiency

Author: Gaston Irrmann, Sébastien Masson, Éric Maisonnave, David Guibert, Erwan Raffin, 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), Climat, Environnement, Couplages et Incertitudes [Toulouse] (CECI), Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Atos, and European Project: 675191,H2020,H2020-EINFRA-2015-1,ESiWACE(2015)
Subjects: [SDU]Sciences of the Universe [physics]
Abstract: Communications in distributed memory supercomputers are still limiting scalability of geophysical models. Considering the recent trends of the semiconductor industry, we think this problem is here to stay. We present the optimizations that have been implemented in the 4.0 version of the ocean model NEMO to improve its scalability. Thanks to the collaboration of oceanographers and HPC experts, we identified and removed the unnecessary communications in two bottleneck routines, the computation of free surface pressure gradient, and the forcing in the straight or unstructured open boundaries. Since a wrong parallel decomposition choice could undermine computing performance, we impose its automatic definition in all cases, including when subdomains containing land points only are excluded from the decomposition. For a smaller audience of developers and vendors, we propose a new benchmark configuration, which is easy to use while offering the full complexity of operational versions.
Published: 2022

40. AMOC Recent and Future Trends: A Crucial Role for Oceanic Resolution and Greenland Melting?

Author: Swingedouw, Didier, Houssais, Marie-Noëlle, Herbaut, Christophe, Blaizot, Anne-Cécile, Devilliers, Marion, Deshayes, Julie, 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), Variabilité de l'Océan et de la Glace de mer (VOG), 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), Danish Meteorological Institute (DMI), and Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D )
Subjects: numerical modeling, high resolution, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, North Atlantic, Greenland melting, AMOC, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography
Abstract: International audience; The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) is a crucial element of the Earth climate. It is a complex circulation system difficult to monitor and to model. There is considerable debate regarding its evolution over the last century as well as large uncertainty about its fate at the end of this century. We depict here the progress since the IPCC SROCC report, offering an update of its chapter 6.7. We also show new results from a high-resolution ocean model and a CMIP6 model to investigate the impact of Greenland Ice Sheet (GrIS) melting, a key uncertainty for past and future AMOC changes. The ocean-only simulation at 1/24° resolution in the Arctic-North Atlantic Ocean performed over the period 2004–2016 indicates that the spread of the Greenland freshwater runoff toward the center of the Labrador Sea, where oceanic convection occurs, seems larger in this model than in a CMIP6 model. Potential explanations are related to the model spatial resolution and the representation of mesoscale processes, which more realistically transport the freshwater released around the shelves and, through eddies, provides strong lateral exchanges between the fine-scale boundary current and the convective basin in the Labrador Sea. The larger freshening of the Labrador Sea in the high-resolution model then strongly affects deep convection activity. In the simulation including GrIS melting, the AMOC weakens by about 2 Sv after only 13 years, far more strongly than what is found in the CMIP6 model. This difference raises serious concerns on the ability of CMIP6 models to correctly assess the potential impact of GrIS melting on the AMOC changes over the last few decades as well as on its future fate. To gain confidence in the GrIS freshwater impacts on climate simulations and therefore in AMOC projections, urgent progress should be made on the parameterization of mesoscale processes in ocean models.
Published: 2022
Full Text: View/download PDF

41. Modelling the oceanic meridional overturning circulation: challenges and insights

Author: Deshayes, Julie, Julie, Deshayes, 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), Sorbonne universite, and Pr Anne-Laure Dalibard
Subjects: [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Ocean Modelling, Ocean currents, [SDU.OCEAN] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Oceanographie
Published: 2022

42. Presentation and Evaluation of the IPSL-CM6A-LR Climate Model

Author: Boucher, Olivier, Servonnat, Jérôme, Albright, Anna Lea, Aumont, Olivier, Balkanski, Yves, Bastrikov, Vladislav, Bekki, Slimane, Bonnet, Rémy, Bony, Sandrine, Bopp, Laurent, Braconnot, Pascale, Brockmann, Patrick, Cadule, Patricia, Caubel, Arnaud, Cheruy, Frédérique, Codron, Francis, Cozic, Anne, Cugnet, David, d'Andrea, Fabio, Davini, Paolo, de Lavergne, Casimir, Denvil, Sébastien, Deshayes, Julie, Devilliers, Marion, Ducharne, Agnès, Dufresne, Jean-Louis, Dupont, Eliott, Éthé, Christian, Fairhead, Laurent, Falletti, Lola, Flavoni, Simona, Foujols, Marie-Alice, Gardoll, Sébastien, Gastineau, Guillaume, Ghattas, Josefine, Grandpeix, Jean-Yves, Guenet, Bertrand, Guez, Lionel, Guilyardi, Éric, Guimberteau, Matthieu, Hauglustaine, Didier, Hourdin, Frédéric, Idelkadi, Abderrahmane, Joussaume, Sylvie, Kageyama, Masa, Khodri, Myriam, Krinner, Gerhard, Lebas, Nicolas, Levavasseur, Guillaume, Lévy, Claire, Li, Laurent, Lott, François, Lurton, Thibaut, Luyssaert, Sebastiaan, Madec, Gurvan, Madeleine, Jean-Baptiste, Maignan, Fabienne, Marchand, Marion, Marti, Olivier, Mellul, Lidia, Meurdesoif, Yann, Mignot, Juliette, Musat, Ionela, Ottle, Catherine, Peylin, Philippe, Planton, Yann, Polcher, Jan, Rio, Catherine, Rochetin, Nicolas, rousset, clement, Rousset, Clément, Sepulchre, Pierre, Sima, Adriana, Swingedouw, Didier, Thiéblemont, Rémi, Traore, Abdoul Khadre, Vancoppenolle, Martin, Vial, Jessica, Vialard, Jérôme, Viovy, Nicolas, Vuichard, Nicolas, 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), 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), 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), 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), STRATO - 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), 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), Modélisation du climat (CLIM), Calcul Scientifique (CALCULS), Océan et variabilité du climat (VARCLIM), Istituto di Scienze dell'Atmosfera e Del Clima [Torino] (isac), National Research Council of Italy | Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), 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), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), 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), University of Amsterdam [Amsterdam] (UvA), 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), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), ANR-17-EURE-0006,IPSL-CGS,IPSL Climate graduate school(2017), ANR-15-JCLI-0004,GOTHAM,Globally Observed Teleconnections and their role and representation in Hierarchies of Atmospheric Models(2015), ANR-18-CE01-0012,ARiSE,Rôle de la non-linéarité de la réponse atmosphérique à la température de l'océan dans la physique d'ENSO (El Niño Oscillation Australe)(2018), ANR-13-MONU-0008,CONVERGENCE,Convergence en Science du Climat à l'ère du Big Data et des challenges de l'Exascale.(2013), 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), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-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)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Sorbonne Université (SU), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-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), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), UMR 5805 Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC), 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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université (SU)-École pratique des hautes études (EPHE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MOSAIC (MOSAIC), Institut FRESNEL (FRESNEL), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo France, 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), École pratique des hautes études (EPHE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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 Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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 Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), 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), Université Paris sciences et lettres (PSL)-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)-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), Université Paris sciences et lettres (PSL)-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)-Sorbonne Université (SU)-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 national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Systems Ecology
Subjects: 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 010502 geochemistry & geophysics, climate model, IPSL‐CM6A‐LR, 01 natural sciences, Carbon cycle, lcsh:Oceanography, climate metrics, Range (statistics), SDG 13 - Climate Action, Environmental Chemistry, lcsh:GC1-1581, Precipitation, lcsh:Physical geography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, CMIP6, 0105 earth and related environmental sciences, [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, Global and Planetary Change, Coupled model intercomparison project, Intertropical Convergence Zone, 13. Climate action, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Climatology, Middle latitudes, General Earth and Planetary Sciences, Environmental science, Climate sensitivity, climate sensitivity, Climate model, lcsh:GB3-5030, IPSL-CM6A-LR
Abstract: International audience This study presents the global climate model IPSL-CM6A-LR developed at Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL) to study natural climate variability and climate response to natural and anthropogenic forcings as part of the sixth phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). This article describes the different model components, their coupling, and the simulated climate in comparison to previous model versions. We focus here on the representation of the physical climate along with the main characteristics of the global carbon cycle. The model's climatology, as assessed from a range of metrics (related in particular to radiation, temperature, precipitation, and wind), is strongly improved in comparison to previous model versions. Although they are reduced, a number of known biases and shortcomings (e.g., double Intertropical Convergence Zone [ITCZ], frequency of midlatitude wintertime blockings, and El Niño–Southern Oscillation [ENSO] dynamics) persist. The equilibrium climate sensitivity and transient climate response have both increased from the previous climate model IPSL-CM5A-LR used in CMIP5. A large ensemble of more than 30 members for the historical period (1850–2018) and a smaller ensemble for a range of emissions scenarios (until 2100 and 2300) are also presented and discussed.
Published: 2020

43. Physical and biological properties of early winter Antarctic sea ice in the Ross Sea

Author: Ted Maksym, Alexander Duncan Fraser, Gauthier Carnat, Martin Vancoppenolle, Noriaki Kimura, Daiki Nomura, Fanny Van der Linden, Stephen F. Ackley, Célia Sapart, François Fripiat, Sharon Stammerjohn, Bruno Delille, Matthew Corkill, Jean-Louis Tison, Sarah Wauthy, Yuichi Nosaka, Jeroen de Jong, Laboratoire de Glaciologie [Bruxelles], Université libre de Bruxelles (ULB), Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Institute for Marine and Antarctic Studies [Horbat] (IMAS), University of Tasmania [Hobart, Australia] (UTAS), Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Centre (ACE-CRC), Atmosphere and Ocean Research Institute [Kashiwa-shi] (AORI), The University of Tokyo (UTokyo), Faculty of Fisheries Sciences [Hakodate], 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), 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), Department of Geological Sciences [Austin], Jackson School of Geosciences (JSG), University of Texas at Austin [Austin]-University of Texas at Austin [Austin], Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR), University of Colorado [Boulder], Unité d'Océanographie Chimique, Interfacultary Center for Marine Research (MARE), Université de Liège-Université de Liège, Institute for Marine and Antarctic Studies [Hobart] (IMAS), 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 Institute of Arctic Alpine Research [University of Colorado Boulder] (INSTAAR)
Subjects: 0106 biological sciences, geography, Biogeochemical cycle, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 010604 marine biology & hydrobiology, Biogeochemistry, Antarctic sea ice, 01 natural sciences, Arctic ice pack, sea ice, Antarctic glaciology, Early winter, Oceanography, biogeochemistry, Biological property, Sea ice, [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology, 14. Life underwater, Snow cover, Geology, Sciences exactes et naturelles, 0105 earth and related environmental sciences, Earth-Surface Processes
Abstract: This work presents the results of physical and biological investigations at 27 biogeochemical stations of early winter sea ice in the Ross Sea during the 2017 PIPERS cruise. Only two similar cruises occurred in the past, in 1995 and 1998. The year 2017 was a specific year, in that ice growth in the Central Ross Sea was considerably delayed, compared to previous years. These conditions resulted in lower ice thicknesses and Chl- a burdens, as compared to those observed during the previous cruises. It also resulted in a different structure of the sympagic algal community, unusually dominated by Phaeocystis rather than diatoms. Compared to autumn-winter sea ice in the Weddell Sea (AWECS cruise), the 2017 Ross Sea pack ice displayed similar thickness distribution, but much lower snow cover and therefore nearly no flooding conditions. It is shown that contrasted dynamics of autumnal-winter sea-ice growth between the Weddell Sea and the Ross Sea impacted the development of the sympagic community. Mean/median ice Chl- a concentrations were 3–5 times lower at PIPERS, and the community status there appeared to be more mature (decaying?), based on Phaeopigments/Chl- a ratios. These contrasts are discussed in the light of temporal and spatial differences between the two cruises., info:eu-repo/semantics/published
Published: 2020

44. 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

45. 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

46. Continental and Sea Ice Iron Sources Fertilize the Southern Ocean in Synergy

Author: Person, Renaud, Vancoppenolle, M., Aumont, Olivier, Malsang, Manon, 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), Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ANR-16-CE01-0014,SOBUMS,Comprendre la réponse du cycle du carbone dans l'océan austral au stress climatique(2016), 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: [SDU]Sciences of the Universe [physics], fungi, [SDE]Environmental Sciences, human activities, geographic locations
Abstract: International audience; Iron release from melting continental and sea ice is deemed important for phytoplankton, the growth of which is iron-limited in the Southern Ocean. Both sources are generally considered separately, yet their effects on the biological carbon pump could interact. Using a global ocean-sea-ice-biogeochemical model with a representation of both continental and sea ice iron sources, we find them to have an overall additive effect on phytoplankton activity, increasing carbon export by +13.9% of the Southern Ocean total, with continental ice contributing +4.5% and sea ice +8.0%. The +1.4% residual is due to a coupled fertilization effect: When the iron source from continental ice is activated, iron in sea ice increases by 16%, so does iron transport toward low production areas. Overall, this increases phytoplankton activity: Fertilization is more efficient where sea ice melts than at locations of initial iron release by continental ice.
Published: 2021

47. Persistent Uncertainties in Ocean Net Primary Production Climate Change Projections at Regional Scales Raise Challenges for Assessing Impacts on Ecosystem Services

Author: Momme Butenschön, Matthieu Lengaigne, Jérôme Vialard, William W. L. Cheung, Lester Kwiatkowski, Alessandro Tagliabue, Laurent Bopp, 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), 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), Centro Euro-Mediterraneo per i Cambiamenti Climatici [Bologna] (CMCC), Institute for the Oceans and Fisheries, University of British Columbia (UBC), 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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), and Océan et variabilité du climat (VARCLIM)
Subjects: climate projections, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Climate change, Carbon sequestration, ocean net primary production, 01 natural sciences, Ecosystem services, 03 medical and health sciences, ocean modeling, GE1-350, ocean biogeochemical model, Ecosystem, Marine ecosystem, 14. Life underwater, oceanography, ocean biogeochemical cycles, 030304 developmental biology, 0105 earth and related environmental sciences, 0303 health sciences, Coupled model intercomparison project, business.industry, Environmental resource management, Primary production, 15. Life on land, Environmental sciences, climate change, 13. Climate action, [SDE]Environmental Sciences, Environmental science, Spatial variability, earth system model (ESM), business
Abstract: Ocean net primary production (NPP) results from CO2 fixation by marine phytoplankton, catalysing the transfer of organic matter and energy to marine ecosystems, supporting most marine food webs, and fisheries production as well as stimulating ocean carbon sequestration. Thus, alterations to ocean NPP in response to climate change, as quantified by Earth system model experiments conducted as part of the 5th and 6th Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5 and CMIP6) efforts, are expected to alter key ecosystem services. Despite reductions in inter-model variability since CMIP5, the ocean components of CMIP6 models disagree roughly 2-fold in the magnitude and spatial distribution of NPP in the contemporary era, due to incomplete understanding and insufficient observational constraints. Projections of NPP change in absolute terms show large uncertainty in CMIP6, most notably in the North Atlantic and the Indo-Pacific regions, with the latter explaining over two-thirds of the total inter-model uncertainty. While the Indo-Pacific has previously been identified as a hotspot for climate impacts on biodiversity and fisheries, the increased inter-model variability of NPP projections further exacerbates the uncertainties of climate risks on ocean-dependent human communities. Drivers of uncertainty in NPP changes at regional scales integrate different physical and biogeochemical factors that require more targeted mechanistic assessment in future studies. Globally, inter-model uncertainty in the projected changes in NPP has increased since CMIP5, which amplifies the challenges associated with the management of associated ecosystem services. Notably, this increased regional uncertainty in the projected NPP change in CMIP6 has occurred despite reduced uncertainty in the regional rates of NPP for historical period. Improved constraints on the magnitude of ocean NPP and the mechanistic drivers of its spatial variability would improve confidence in future changes. It is unlikely that the CMIP6 model ensemble samples the complete uncertainty in NPP, with the inclusion of additional mechanistic realism likely to widen projections further in the future, especially at regional scales. This has important consequences for assessing ecosystem impacts. Ultimately, we need an integrated mechanistic framework that considers how NPP and marine ecosystems respond to impacts of not only climate change, but also the additional non-climate drivers.
Published: 2021

48. Rocky tidal pools: carbonate chemistry, diurnal variability and calcifying organisms in future high-CO2 conditions

Author: Lester Kwiatkowski, Narimane Dorey, Sophie G. Martin, 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), Adaptation et diversité en milieu marin (AD2M), Station biologique de Roscoff (SBR), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff (SBR), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 (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), 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 (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)), EGU, Université Paris sciences et lettres (PSL)-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), 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)-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), Université Paris sciences et lettres (PSL)-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)), Adaptation et diversité en milieu marin (ADMM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Station biologique de Roscoff (SBR), Sorbonne Université (SU)-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 (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), 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)-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))
Subjects: geography, Biogeochemical cycle, geography.geographical_feature_category, biology, Range (biology), Alkalinity, biology.organism_classification, Mesocosm, chemistry.chemical_compound, Oceanography, chemistry, Algae, 13. Climate action, [SDE]Environmental Sciences, Carbonate, [CHIM]Chemical Sciences, Seawater, 14. Life underwater, Tide pool
Abstract: Understanding the coastal ocean variability and quantifying its significance in the global biogeochemical cycles is crucial to our ability to project future changes. In the shallow coastal waters, the contribution of the biological activity to water chemistry can be high locally, and responsible for seasonal and diurnal variations. These variations are not yet well-understood: they are often under-estimated and the general lack of observations means that they are seldom integrated into global predictive models such as those used by the IPCC. In this presentation, we will present results on the natural carbonate chemistry diurnal variability in tidal rock pools in Brittany (France), during emersion times. We chose tidal rock pools as to represent "mini-coastal seas": realistic small mesocosms that simulate coastal environments with extreme variability. These have the advantage to be closed systems containing a range of calcifying organisms such as coralline encrusting and non-encrusting algae, that influence and are influenced by the carbonate chemistry. We calculated calcification of the pools community by using the alkalinity anomaly method and estimated the community photosynthesis/respiration. We also compared night-time dissolution and day-time calcification. Finally, we manipulated the pools chemistry at emersion by adding CO2 to mimick future acidification changes, and explored the impact of seawater acidification on the calcification of the tidal pools' communities.
Published: 2021

49. Impact of intensifying nitrogen limitation on ocean net primary production is fingerprinted by nitrogen isotopes

Author: Laurent Bopp, Olivier Aumont, Pearse J. Buchanan, Claire Mahaffey, Alessandro Tagliabue, Department of Earth Ocean and Ecological 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), 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), LEFE PISCO, ANR-17-CE34-0010,MERTOX,Découvrir l'origine de la toxine methylmercure dans les écosystèmes marins(2017), 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, Stable isotope analysis, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Science, Climate Change, Oceans and Seas, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, Climate change, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, Article, Effects of global warming, Element cycles, Phytoplankton, [CHIM]Chemical Sciences, Seawater, 14. Life underwater, Nitrogen cycle, 0105 earth and related environmental sciences, Marine biology, Multidisciplinary, Nitrogen Isotopes, 010604 marine biology & hydrobiology, Ocean current, Primary production, General Chemistry, Nitrogen Cycle, Nitrogen, Isotopes of nitrogen, chemistry, Marine chemistry, 13. Climate action, Environmental science
Abstract: The open ocean nitrogen cycle is being altered by increases in anthropogenic atmospheric nitrogen deposition and climate change. How the nitrogen cycle responds will determine long-term trends in net primary production (NPP) in the nitrogen-limited low latitude ocean, but is poorly constrained by uncertainty in how the source-sink balance will evolve. Here we show that intensifying nitrogen limitation of phytoplankton, associated with near-term reductions in NPP, causes detectable declines in nitrogen isotopes (δ15N) and constitutes the primary perturbation of the 21st century nitrogen cycle. Model experiments show that ~75% of the low latitude twilight zone develops anomalously low δ15N by 2060, predominantly due to the effects of climate change that alter ocean circulation, with implications for the nitrogen source-sink balance. Our results highlight that δ15N changes in the low latitude twilight zone may provide a useful constraint on emerging changes to nitrogen limitation and NPP over the 21st century., Projected declines in marine primary production are underpinned by a slowdown in nitrogen supplied to surface waters. Here the authors detail a new means to detect this slowdown and describe major shifts in the 21st century oceanic nitrogen cycle.
Published: 2021

50. SITool (v1.0) – a new evaluation tool for large-scale sea ice simulations: application to CMIP6 OMIP

Author: X. Lin, F. Massonnet, T. Fichefet, M. Vancoppenolle, Pluralité des langues et des Identités : Didactique, Acquisition, Médiations (PLIDAM EA 4514), Institut National des Langues et Civilisations Orientales (Inalco), 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), 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), 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: Coupled model intercomparison project, geography, QE1-996.5, geography.geographical_feature_category, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Scale (ratio), Geology, 010502 geochemistry & geophysics, Snow, 01 natural sciences, Current (stream), Arctic, Climatology, Sea ice, Range (statistics), Sea ice concentration, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract: The Sea Ice Evaluation Tool (SITool) described in this paper is a performance metrics and diagnostics tool developed to evaluate the skill of bi-polar model reconstructions of sea ice concentration, extent, edge location, drift, thickness, and snow depth. It is a Python-based software and consists of well-documented functions used to derive various sea ice metrics and diagnostics. Here, the SITool version 1.0 (v1.0) is introduced and documented, and is then used to evaluate the performance of global sea ice reconstructions from nine models that provided sea ice output under the experimental protocols of the Coupled Model Intercomparison Project 6 (CMIP6) Ocean Model Intercomparison Project with two different atmospheric forcing datasets: the Coordinated Ocean-ice Reference Experiments version 2 (CORE-II) and the updated Japanese 55-year atmospheric reanalysis (JRA55-do). Two sets of observational references for sea ice concentration, thickness, snow depth, and ice drift are systematically used to reflect the impact of observational uncertainty on model performance. Based on available model outputs and observational references, the ice concentration, extent, and edge location during 1980–2007, as well as the ice thickness, snow depth, and ice drift during 2003–2007 are evaluated. It is found that (1) in general, model biases are larger than observational uncertainties and model performances are primarily consistent compared to different observational references, (2) By changing the atmospheric forcing from CORE-II to JRA55-do reanalysis data, the overall performance (mean state, interannual variability and trend) of the simulated sea ice areal properties in both hemispheres, as well as the mean ice thickness simulation in the Antarctic, the mean snow depth and ice drift simulations in both hemispheres are improved, (3) the simulated sea ice areal properties are also improved in the model with increased spatial resolution, (4) for the cross-metric analysis, there is no link between the performance in one variable and the performance in another. The SITool is an open-access version-controlled software that can run on a wide range of CMIP6 compliant sea ice outputs. The current version of SITool (v1.0) is primarily developed to evaluate atmosphere-forced simulations and it could be eventually extended to fully coupled models.
Published: 2021

Catalog

Books, media, physical & digital resources

See catalog results

Searchworks

Select search scope, currently: Articles Catalog books, media & more in Jio Institute collections Articles journal articles & other e-resources

Search

Search Constraints

Refine your results

Search Limiters

Topic

Publication Year Range

Language

Journal

Database

Publisher

265 results on '"Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R'

Search Results

Catalog

Select search scope, currently: Articles

Catalog

books, media & more in Jio Institute collections

Articles

journal articles & other e-resources