Role of Southern Ocean sea ice on deep ocean circulation and carbon cycle at the Last Glacial Maximum
Rôle de la glace de mer australe sur la circulation océanique profonde et le cycle du carbone au Dernier Maximum Glaciaire
Résumé
Compared to the present-day climate, the cold period of the Last Glacial Maximum was characterized by an expanded sea-ice cover in the Southern Ocean, a shoaled Atlantic deep ocean circulation and a lower atmospheric CO2 concentration. These changes are well-documented by indirect observations but difficult to represent in simulations of climate models. Indeed, these models tend to simulate a too high atmospheric CO2 concentration, a too deep Atlantic deep ocean circulation, and a sea-ice cover with a too circular distribution in the Southern Ocean and a too small winter extent and seasonal amplitude. The model-data discrepancies observed at the Last Glacial Maximum call into question the model representation of some important climate processes. Several studies have underlined the crucial role of the Southern Ocean sea ice on ocean carbon storage capacity and deep circulation. I have therefore focussed on this region to improve our understanding of the processes associated with this storage. Thanks to simulations performed with the Earth System Model iLOVECLIM, I have demonstrated thatthe uncertainties related to ice sheet reconstructions have a limited impact on the variables examined in this study. In contrast, other choices of boundary conditions (influencing the ocean volume and alkalinity adjustment) can yield large changes of carbon sequestration in the ocean. I also show that a simple parameterization of the sinking of brines consequent to sea-ice formation significantly improves the simulated Southern Ocean sea ice, deep ocean circulation and atmospheric CO2 concentration. A set of simulations including the effects of diverse ocean parameterizations is used to show that the too deep ocean circulation simulated by our model cannot be attributed to an insufficient sea-ice cover, whereas convection processes in the Southern Ocean seem crucial to improve both the Southern Ocean sea ice, the deep ocean circulation and the atmospheric CO2 concentration at the Last Glacial Maximum.
La période froide du Dernier Maximum Glaciaire était caractérisée, en regard de notre climat moderne, par une couverture de glace de mer australe accrue, une circulation profonde Atlantique moins profonde et une plus faible concentration en CO2 dans l’atmosphère. Ces différences sont bien connues grâce aux observations indirectes mais difficiles à représenter dans les simulations issues des modèles de climat. En effet, ces modèles simulent fréquemment une concentration en CO2 atmosphérique trop élevée, une circulation océanique trop profonde dans l’Atlantique et une banquise présentant une distribution trop circulaire dans l’océan austral ainsi qu’une étendue hivernale et une amplitude saisonnière trop faibles. Ces désaccords modèle-données observés au Dernier Maximum Glaciaire remettent en cause la représentation numérique de certains processus climatiques essentiels. Plusieurs études soulignent le rôle majeur de la glace de mer australe sur la capacité de stockage de carbone de l’océan et la circulation océanique profonde. Je me suis donc focalisée sur cette région pour mieux com-prendre les processus associés à ce stockage. Grâce aux simulations réalisées avec le modèle système terre iLOVECLIM, j’ai pu démontrer que les incertitudes liées à la représentation des calottes polaires ont un impact limité sur les variables examinées ici. En revanche, d’autres choix de conditions aux limites (affectant le volume de l’océan, l’ajustement de l’alcalinité) peuvent entraîner des modifications importantes du contenu total en carbone de l’océan. Je montre également que l’utilisation d’une paramétrisation simple de la plongée des saumures résultant de la formation de glace de mer permet d’améliorer significativement la simulation de la glace de mer australe, de la circulation océanique profonde et de la concentration en CO2 atmosphérique. Un ensemble de simulations incluant l’impact de différentes paramétrisations océaniques est utilisé pour montrer que la circulation océanique très profonde simulée par notre modèle ne peut être attribuée à une glace de mer australe insuffisante. En revanche, les processus de convection dans l’océan austral semblent clefs pour améliorer à la fois la glace de mer australe, la circulation océanique profonde et la concentration en CO2 atmosphérique auDernier Maximum Glaciaire.
Origine : Version validée par le jury (STAR)