Trends and Variability of Sea Surface Temperature in the Northwest Atlantic from Three Historical Gridded Datasets

ABSTRACT

Historical variability in sea surface temperature (SST) in the North Atlantic (NA) is examined using trend and Empirical Orthogonal Function (EOF) analyses of annual and summer means from three interpolated monthly datasets: Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature (HadISST1), Extended Reconstruction of SST (ERSST), and Centennial in situ Observation-Based Estimates (COBE). Comparisons with time series of upper-ocean temperature from four monitoring sites off Atlantic Canada reveal substantial similarity in the interannual to multi-decadal variability but notable differences in the longer-term trends. The magnitude of decadal-scale variability is comparable to, or greater than, the long-term changes in all of the datasets; together with the trend discrepancies, this needs to be considered in climate change applications. Averaged over the NA, the annual means have a long-term increasing trend and a pronounced multi-decadal variation, resembling those in global mean (land-ocean) surface temperature and the Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO). There is remarkable similarity in the spatial and temporal variability of the three leading EOF modes from the different gridded datasets, with the first highly correlated with the AMO, the second modestly correlated with the winter North Atlantic Oscillation, and the third apparently related to ocean circulation variability. Trends since 1981 are generally two to three times larger than those since 1900 and 1950, which is at least partly related to the phase of the AMO. Trends in the summer means are generally larger than in the annual means. Overall, the results provide support for both anthropogenic global warming and decadal-scale natural variations making important contributions to ocean climate variability in the Northwest Atlantic.

RÉSUMÉ

[Traduit par la rédaction] Nous examinons la variabilité passée des températures à la surface de la mer (SST) de l'Atlantique Nord, et ce, en analysant les tendances et les fonctions orthogonales empiriques (FOE) des moyennes annuelles et estivales de trois séries de données mensuelles interpolées : les températures à la surface de la glace marine et de la mer issues du Hadley Centre (HadISST1), la reconstitution élargie des SST (ERSST) et les estimations provenant d'observations in situ centennales (COBE). Les comparaisons avec des séries temporelles de la température de la couche supérieure de l'océan, provenant de quatre sites de mesure au large de la côte atlantique canadienne, révèlent des similitudes substantielles dans les variabilités interannuelles à multidécennales, mais des différences notables dans les tendances à plus long terme. La magnitude de la variabilité à l’échelle décennale est comparable ou supérieure aux changements à long terme dans toutes les séries de données. Ce résultat et les différences dans les tendances devront être pris en considération dans le cadre d’études sur les changements climatiques. En moyenne, sur l'Atlantique Nord, les moyennes annuelles montrent une tendance à long terme à la hausse et une variation multidécennale prononcée, semblables à celles des moyennes mondiales de températures de surface (terre-océan) et de l'oscillation atlantique multidécennale (OAM). Il existe une similitude remarquable dans les variabilités spatiales et temporelles des trois modes principaux des FOE, calculés pour les diverses séries de données réparties sur une grille. Le premier mode étant hautement corrélé à l'OAM; le second, modérément corrélé avec l'oscillation nord-atlantique (ONA) hivernale; et le troisième, apparemment lié à la variabilité de la circulation océanique. Les tendances depuis 1981 sont généralement de deux à trois fois supérieures à celles calculées depuis 1900 et 1950, ce qui est, partiellement du moins, lié à la phase de l'OAM. Les tendances des moyennes estivales s'avèrent généralement plus grandes que celles des moyennes annuelles. En somme, les résultats montrent que le réchauffement anthropique de la planète et les variations naturelles à l’échelle décennale contribuent tous deux considérablement à la variabilité du climat océanique dans l'Atlantique du Nord-Ouest.

Keywords:

• sea surface temperature
• ocean climate trends
• decadal-scale variability
• North Atlantic
• Atlantic Multi-decadal Oscillation
• North Atlantic Oscillation

Acknowledgements

We are grateful to many personnel over the years who have contributed to the collection, processing, and analysis of the various datasets used here. We would especially like to thank Roger Pettipas for providing the AZMP datasets and assisting with the analyses of various datasets, Igor Yashayaev for providing the AZOMP time series, Eugene Colbourne for the Station 27 time series, Augustine van der Baaren for earlier analyses of HadISST1 and ERSST data that provided motivation for the present study, and Ingrid Peterson for ongoing helpful discussions regarding SST variability and its origins. Finally, we thank Dave Hebert and Ingrid Peterson for providing internal review comments, and we also thank two anonymous external reviewers.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This work was carried out with support from the Atlantic Trends and Projections activity of DFO's ACCASP.