Sensitivity of the inorganic ocean carbon cycle to future climate warming in the UVic coupled model

Abstract

With increased anthropogenic CO₂ emitted into the atmosphere, climate feedbacks could potentially reduce further uptake of carbon by the oceans. The most significant feedbacks acting on the system to reduce carbon sequestration by the oceans are reductions in the thermohaline circulation (THC) and increased sea surface temperatures (SSTs). Although changes in SSTs affect the solubility of atmospheric CO₂ across the ocean‐atmosphere interface, changes to the THC lead to more fundamental modifications of the ocean circulation and hence transport and storage of carbon to the deep ocean. Using a coupled model of intermediate complexity which incorporates a carbon solubility pump, we project atmospheric CO₂ levels under global warming scenarios. A transient weakening of the THC is found in most simulations and increased SSTs are found in all simulations. Although these positive feedbacks act on the carbon system to reduce oceanic uptake, the ocean has the capacity to take up 65–75% of the anthropogenic CO₂ increase once the forcing is turned off. This reduces by about 5% for each 50‐year period that anthropogenic emissions are maintained at a stabilized and elevated atmospheric CO₂ level, and converges to zero if the system is forced with stabilized levels well into the future. The effects of climate feedbacks on carbon uptake are also examined and we find that the ocean stores 7% more carbon when there are no climate feedbacks acting on the system. Sensitivity experiments are conducted with respect to the representation of ocean mixing and sea‐ice dynamics. The inclusion of the Gent‐McWilliams parametrization for mixing associated with mesoscale eddies leads to a further 6% increase in oceanic uptake, whereas the inclusion of sea‐ice dynamics only leads to a 2% variation in global uptake.

Résumé

[traduit par la rédaction] Si plus de CO₂ anthropique se trouvait émis dans l'atmosphère, les rétroactions climatiques pourraient réduire l'assimilation de l'excédent de carbone par les océans. Les principales rétroactions agissant sur le système pour réduire le piégeage du carbone par les océans sont les réductions dans la circulation thermohaline (CTH) et les températures plus élevées de la surface de la mer (TSM). Bien que les changements dans les TSM modifient la solubilité du CO₂ à travers l'interface océan‐atmosphère, les changements dans la CTH entraînent des modifications plus fondamentales de la circulation océanique et, conséquemment, dans le transport et le stockage du carbone dans l'océan profond. À l'aide d'un modèle couplé de complexité intermédiaire qui incorpore une pompe de solubilité du carbone, nous projetons les niveaux de CO₂ atmosphérique dans des scénarios de réchauffement global. Nous trouvons un affaiblissement transitoire de la CTH dans la plupart des simulations et une hausse des TSM dans toutes les simulations. Bien que ces rétroactions positives influent sur le système du carbone en réduisant l'absorption par l'océan, celui‐ci peut quand même absorber de 65 à 75 % de l'accroissement de CO₂ anthropique une fois que le forçage a cessé. Ce chiffre diminue d'environ 5 % pour chaque période de 50 ans que durent les émissions anthropiques à un niveau de CO₂ atmosphérique stabilisé et élevé et il tend vers 0 % lorsque le système est forcé avec des niveaux élevés loin dans le futur. Nous examinons aussi les effets des rétroactions climatiques sur l'absorption du carbone et nous trouvons que l'océan emmagasine 7 % de plus de carbone quand le système n'est soumis à aucune rétroaction climatique. Nous faisons des expériences de sensibilité impliquant la représentation du brassage océanique et la dynamique des glaces de mer. L'inclusion de la paramétrisation de Gent‐McWilliams du brassage par les tourbillons de mésoéchelle mène à un autre accroissement de 6 % de l'absorption océanique alors que l'inclusion de la dynamique des glaces de mer ne produit qu'une variation de 2 % dans l'absorption globale.

Notes

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