Projected Changes in Surface Air Temperature and Surface Wind in the Gulf of St. Lawrence

Abstract

The impacts of climate change on surface air temperature (SAT) and winds in the Gulf of St. Lawrence (GSL) are investigated by performing simulations from 1970 to 2099 with the Canadian Regional Climate Model (CRCM), driven by a five-member ensemble. Three members are from Canadian Global Climate Model (CGCM3) simulations following scenario A1B from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC); one member is from the Community Climate System Model, version 3 (CCSM3) simulation, also following the A1B scenario; and one member is from the CCSM4 (version 4) simulation following the Representative Concentration Pathway (RCP8.5) scenario. Compared with North America Regional Reanalysis (NARR) data, it is shown that CRCM can reproduce the observed SAT spatial patterns; for example, both CRCM simulations and NARR data show a warm SAT tongue along the eastern Gulf; CRCM simulations also capture the dominant northwesterly winds in January and the southwesterly winds in July. In terms of future climate scenarios, the spatial patterns of SAT show plausible seasonal variations. In January, the warming is 3°–3.5°C in the northern Gulf and 2.5°–3°C near Cabot Strait during 2040–2069, whereas the warming is more uniform during 2070–2099, with SAT increases of 4°–5°C. In summer, the warming gradually decreases from the western side of the GSL to the eastern side because of the different heat capacities between land and water. Moreover, the January winds increase by 0.2–0.4 m s⁻¹ during 2040–2069, related to weakening stability in the atmospheric planetary boundary layer. However, during 2070–2099, the winds decrease by 0.2–0.4 m s⁻¹ over the western Gulf, reflecting the northeastward shift in northwest Atlantic storm tracks. In July, enhanced baroclinicity along the east coast of North America dominates the wind changes, with increases of 0.2–0.4 m s⁻¹. On average, the variance for the SAT changes is about 10% of the SAT increase, and the variance for projected wind changes is the same magnitude as the projected changes, suggesting uncertainty in the latter.

Résumé

[Traduit par la rédaction] Nous examinons les impacts des changements climatiques sur la température de l'air et sur les vents en surface dans le golfe du Saint-Laurent, à l'aide de simulations allant de 1970 à 2099, réalisées avec le Modèle régional canadien du climat (MRCC), que pilote un ensemble de cinq membres. Trois des membres proviennent de simulations du Modèle couplé climatique global canadien (MCCG3), suivant le scénario A1B du Groupe d'experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Un autre membre est issu de la troisième version du modèle communautaire du système climatique (CCSM3), suivant le même scénario. Le dernier membre vient de la quatrième version de ce même modèle (CCSM4), suivant le profil représentatif d’évolution des concentrations (RCP8.5). En comparant les données nord-américaines de réanalyse régionale (NARR) avec celles du MRCC, nous démontrons que le modèle peut reproduire les distributions spatiales des températures de l'air en surface. Par exemple, les simulations du MRCC et les données de NARR produisent une langue chaude de températures de l'air en surface dans l'est du golfe. Les simulations du MRCC reproduisent aussi les vents dominants du nord-ouest en janvier et du sud-ouest en juillet. En ce qui concerne les scénarios de climat futur, les caractéristiques spatiales de la température de l'air en surface reflètent des variations saisonnières plausibles. En janvier, entre 2040 et 2069, le réchauffement est de 3 à 3,5°C dans la portion nord du golfe et de 2,5 à 3°C près du détroit de Cabot, tandis que le réchauffement devient plus uniforme entre 2070 et 2099, avec une augmentation des températures de 4 à 5°C. En été, le réchauffement diminue graduellement, de la partie ouest du golfe du Saint-Laurent vers sa partie est, et ce, en raison des capacités calorifiques différentes entre la terre et l'eau. De plus, entre 2040 et 2069, les vents de janvier augmentent de 0.2 à 0.4 m s⁻¹ dû à l'atténuation de la stabilité dans la couche limite planétaire. Toutefois, entre 2070 et 2099, les vents diminuent de 0.2 à 0.4 m s⁻¹ au-dessus de la portion ouest du golfe. Ce changement suit le déplacement vers le nord-est des trajectoires des tempêtes de l'Atlantique Nord-Ouest. En juillet, une intensification de la baroclinicité le long de la côte est nord-américaine domine les changements de vents, entraînant des augmentations de 0.2 à 0.4 m s⁻¹. En moyenne, la variance des changements de la température de l'air en surface s’élève à environ 10% de la hausse de cette température. La variance des changements prévus de vents reste du même ordre que les changements prévus, laissant ainsi planer une incertitude relativement aux vents.

KEYWORDS:

• climate change
• surface air temperature and winds
• Gulf of St. Lawrence
• Canadian Regional Climate Model (CRCM)
• IPCC scenario A1B

Acknowledgements

The authors thank Michel Giguere of Ouranos for his support in setting up CRCM3.7 on the Bedford Institute of Oceanography Linux cluster.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

We thank the Department of Fisheries and Oceans Climate Change Science Initiative and the Aquatic Climate Change Adaptation Services Program (ACCASP) for support of this work.