Back to Search Start Over

AMOC and summer sea ice as key drivers of the spread in mid-holocene winter temperature patterns over Europe in PMIP3 models

Authors :
Julien Cattiaux
Alina Găinuşă-Bogdan
Didier Swingedouw
Simon Michel
Francis Codron
Pascal Yiou
Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC)
Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
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)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Extrèmes : Statistiques, Impacts et Régionalisation (ESTIMR)
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)
Centre national de recherches météorologiques (CNRM)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Océan et variabilité du climat (VARCLIM)
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN)
Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)
ANR-10-LABX-0018,L-IPSL,LabEx Institut Pierre Simon Laplace (IPSL): Understand climate and anticipate future changes(2010)
European Project: 312979,EC:FP7:INFRA,FP7-INFRASTRUCTURES-2012-1,IS-ENES2(2013)
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 de Versailles 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)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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)
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)
Source :
Global and Planetary Change, Global and Planetary Change, Elsevier, 2020, 184, pp.103055. ⟨10.1016/j.gloplacha.2019.103055⟩, Global and Planetary Change, 2020, 184, pp.103055. ⟨10.1016/j.gloplacha.2019.103055⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

The mid-Holocene (6000 years before present) was a warmer period than today in summer in most of the Northern Hemisphere. In winter, over Europe, pollen-based reconstructions show a dipole of temperature anomalies as compared to present-day, with warmer conditions in the north and colder in the south. It has been proposed that this pattern of temperature anomaly could be explained by a persisting positive phase of the North Atlantic Oscillation during this period, which was, however, not reproduced in general by climate models. Indeed, PMIP3 models show a large spread in their response to the mid-Holocene insolation changes, the physical origins of which are not understood. To improve the understanding of the reconstructed temperature changes and of the PMIP3 model spread, we analyze the dynamical response of these model simulations in the North Atlantic for mid-Holocene conditions as compared to pre-industrial. We focus on the European pattern of temperature in winter and compare the simulations with a pollen-based reconstruction. We find that some of the model simulations yield a similar pattern to the reconstructed one, but with far lower amplitude, although it remains within the reconstruction uncertainty. We attribute the northern warm part of the latitudinal dipole of temperature anomaly in winter to a lower sea-ice cover in the Nordic Seas. The decrease of sea ice in winter indeed reduces the local sea-ice insulation effect, allowing the released ocean heat to reach continental northern Europe. This decrease in winter sea-ice cover is related to an increase in the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) and its associated ocean heat transport, as well as the effect of insolation changes on sea ice in summer, which persists until winter. We only find a slight cooling signal over southern Europe, compared to reconstructions, mainly related to the insolation-induced cooling in winter over Africa. We show that the models that failed to reproduce any AMOC increase under mid-Holocene conditions are also the ones that do not reproduce the temperature pattern over Europe. The change in sea level pressure is not sufficient to explain the spread among the models. The ocean-sea ice mechanisms that we proposed constitute an alternative explanation to the pattern of changes in winter temperatures over Europe in the mid-Holocene, which is in better agreement with available model simulations of this period. Finally, we evaluate if reconstructions of the AMOC for the mid-Holocene can provide interesting emerging constraints on key changes in European climate, and indirectly on AMOC response to on-going and future radiative changes. Although there is a significant link between the response of the mid-Holocene and projections, it remains limited. The proposed mechanism does not appear to be sufficient to explain the large discrepancies between models and reconstruction data for the summertime period.

Details

Language :
English
ISSN :
09218181
Database :
OpenAIRE
Journal :
Global and Planetary Change, Global and Planetary Change, Elsevier, 2020, 184, pp.103055. ⟨10.1016/j.gloplacha.2019.103055⟩, Global and Planetary Change, 2020, 184, pp.103055. ⟨10.1016/j.gloplacha.2019.103055⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....45f18436901bd6d4fe18049930f97c88