Impact of sea ice cover and thickness on the regional climate model MAR simulations over the Arctic-CORDEX domain

Abstract

Since the beginning of this century, the Arctic has experienced a rapid decrease in its sea ice extent, explaining in large part a regional climate warming (called “the Arctic Amplification”) much stronger than average global warming. Sea ice concentration (SIC) and sea ice thickness (SIT) are the main factors controlling the Arctic Ocean’s mean surface temperature change, by isolating upper air from warmer oceanic water. A change in surface temperature could disrupt the climate system, mainly by influencing regional atmospheric circulation. In most regional climate models (RCMs), SIC usually comes from large-scale forcing datasets (e.g. reanalysis) and SIT is a fixed parameter as for example in the regional climate model MAR, despite its major seasonal variations. We compare here MAR simulations driven by ERA-Interim using fixed SIT to MAR simulations forced by ERA-Interim for the atmosphere and high resolution SIT and SIC from the GLORYS2V4 database, as well as by using fixed SIT but SIC from the OSTIA database. The whole set of simulations concerns the Arctic-CORDEX domain and covers years 2000 to 2015. The aim of this study is (i) to improve the representation of MAR’s boundary layer over the Arctic Ocean by reducing the biases between in situ observations and MAR simulations over and near the Arctic Ocean and; (ii) to estimate the impact of SIC/SIT reanalysis on the Arctic boundary layer and local atmospheric circulation.

Depuis le début de ce siècle, l’Arctique a connu une diminution rapide de son étendue de glace de mer, ce qui explique en grande partie que le réchauffement climatique régional (connu sous le nom de "Amplification Arctique") ait été deux fois plus marqué que le réchauffement moyen à l’échelle de la Terre. En jouant le rôle d’isolant entre l’océan et l’atmosphère, l’épaisseur et la concentration de glace de mer sont des éléments clés pour la régulation de la température moyenne de surface de l’Océan Arctique. Finalement, par le biais de son influence sur la circulation atmosphérique régionale, une modification de la température de surface pourrait provoquer une perturbation du système climatique. Dans la plupart des modèles climatiques régionaux (RCMs), la concentration de glace de mer provient généralement de grilles de forçages à grande échelle (e.g. réanalyses). Tandis que l’épaisseur de glace de mer, malgré ses variations saisonnières importantes, est souvent un paramètre fixe dans les RCMs, comme c’est le cas par exemple dans le modèle atmosphérique régional MAR. Dans cette étude, on comparera des simulations du MAR forcé par ERA-intérim utilisant une épaisseur de glace de mer fixe avec des simulations forcées par ERA-intérim pour l’atmosphère mais par des réanalyses à haute résolution d’épaisseur et de concentration de glace de mer provenant de la base de données GLORYS2v4, ainsi qu’en utilisant une épaisseur de glace de mer fixe et la concentration de glace de mer provenant de la base de données OSTIA. L’ensemble des simulations concerne le domaine CORDEX-Arctique et couvre la période 2000-2015. L’objectif de ce travail est (i) d’améliorer la représentation de la couche limite atmosphérique du MAR au-dessus de l’Arctique en réduisant le biais entre les observations et les simulations au-dessus et autour de l’océan Arctique et; (ii) d’estimer l’impact des réanalyses de concentration/épaisseur de glace de mer sur la couche limite atmosphérique en Arctique et les éventuels changements de circulations locaux.