Sea‐ice dynamics and CO₂ sensitivity in a global climate model

Abstract

Present‐day results and CO₂ sensitivity are described for two versions of a global climate model (genesis) with and without sea‐ice dynamics. Sea‐ice dynamics is modelled using the cavitating‐fluid method of Flato and Hibler (1990, 1992). The atmospheric general circulation model originated from the NCAR Community Climate Model version 1, but is heavily modified to include new treatments of clouds, penetrative convection, planetary boundary‐layer mixing, solar radiation, the diurnal cycle and the semi‐Lagrangian transport of water vapour. The surface models include an explicit model of vegetation (similar to BATS and SiB), multilayer models of soil, snow and sea ice, and a slab ocean mixed layer.

When sea‐ice dynamics is turned off, the CO₂‐induced warming increases drastically around ∼60–80°S in winter and spring. This is due to the much greater (and unrealistic) compactness of the Antarctic ice cover without dynamics, which is reduced considerably when CO₂ is doubled and exposes more open ocean to the atmosphere. With dynamics, the winter ice is already quite dispersed for 1 × CO₂ so that its compactness does not decrease as much when CO₂ is doubled.

Résumé

On décrit les résultats et la sensibilité du CO2 actuels pour deux version d'un modèle climatique global (genesis) avec et sans la dynamique des glaces de mer. On modélise la dynamique à l'aide de la méthode des fluides en cavitation de Flato et Hibler (1990, 1992). La version 1 du modèle de NCAR (Community Climate Model) a servi de base pour la circulation atmosphérique générale mais a été très modifié pour tenir compte des nouveaux calculs sur les nuages, la convection pénétrante, le mélange dans la couche limite planétaire, le rayonnement solaire, le cycle diurne et le transport semi lagrangien de l'eau vapeur. Les modèles de surface comprennent un modèle explicite de la végétation (semblable à BATS et SiB), des modèles à plusieurs couches du sol, de la neige et de la glace de mer, et une couche océanique mélangée.

Sans la dynamique des glaces de mer, le réchauffement causé par le CO₂ augmente fortement près de ∼60–80 °S en hiver et au printemps. Une plus grande (et non réaliste) densité de la couverture glacielle antarctique, sans la dynamique, est responsable de ces résultats car la couverture est grandement réduite lorsque le CO₂ est doublé et qu ‘il permet l'exposition de plus d'océan libre de glace à l'atmosphère. Avec la dynamique, la glace hivernale est déjà bien dispersée pour 1 × CO₂ et la densité ne diminue pas autant que lorsque le CO₂ est doublé.