Long-Term Variability of Volume and Heat Transport in the Nordic Seas: A Model Study

This article presents results from a model study of interannual and decadal variability in the Nordic Seas. Fifty years of simulations were conducted in an initial condition ensemble mode forced with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis. We studied two major events in the interannual and interdecadal variability of the Nordic Seas during the past fifty years: the Great Salinity Anomaly in the 1960s and early 1970s and the warming of the Arctic and subarctic oceans in the late 1990s.

Previous studies demonstrated that the Great Salinity Anomaly observed in the subarctic ocean in 1960 was originally generated by intensified sea-ice and freshwater inflow from the Arctic Ocean. Our model results demonstrate that the increase in the transport of fresh and cold waters through Fram Strait in the 1960s was concurrent with a reduction in the meridional water exchange over the Greenland–Scotland Ridge. The resulting imbalance in salinity and heat fluxes through the strait and over the ridge also contributed to the freshening of the water masses of the Nordic Seas and intensified the Great Salinity Anomaly in the Nordic Seas.

The warming of the Atlantic Waters in the Nordic Seas and Arctic Ocean during the past two decades had an important impact on the variability of these two ocean basins. Some previous observational and model studies demonstrated that the warming of the subpolar Atlantic Ocean in the late 1990s and the meridional transport of the Atlantic Water mass (AW) into the Nordic Seas and Arctic Ocean contributed to this process. At the same time, observations show that the warming of the AW in the Nordic Seas started in the 1980s (i.e., earlier than the warming of the subpolar North Atlantic Ocean). Our model results suggest that this process was triggered by an imbalance in the lateral heat fluxes through Fram Strait and over the Greenland–Scotland Ridge. In the late 1980s the AW transport over the Greenland–Scotland Ridge was stronger than normal while the exchange through Fram Strait was close to normal. The related imbalance in the lateral heat fluxes through the strait and over the ridge warmed the Nordic Seas and caused an increase in the temperature of the AW inflow to the Arctic Ocean in the late 1980s (i.e., about a decade earlier than the warming of the source of the AW in the subpolar North Atlantic Ocean). Thus the model results suggest that the imbalance in lateral heat and salinity fluxes through the strait and over the ridge connecting the Nordic Seas to the North Atlantic and Arctic oceans could amplify the interannual variability in the subarctic ocean.

Traduit par la rédaction] Cet article présente les résultats d'une étude par modèle de la variabilité interannuelle et décennale dans les mers nordiques. Nous avons effectué des simulations sur une période de cinquante ans en mode d'ensemble de conditions initiales forcé avec les réanalyses des NCEP (National Centers for Environmental Prediction). Nous avons étudié deux événements majeurs survenus dans la variabilité interannuelle et décennale des mers nordiques au cours des cinquante dernières années : la grande anomalie de salinité des années 1960 et du début des années 1970 et le réchauffement des océans Arctique et subarctique vers la fin des années 1990.

Des études précédentes ont démontrées que la grande anomalie de salinité observée dans l'océan subarctique en 1960 a été causée par une intensification de l'apport de glace de mer et d'eau douce depuis l'océan Arctique. Les résultats que nous avons obtenus du modèle montrent que l'accroissement du transport d'eau douce et froide à travers le détroit de Fram dans les années 1960 s'est produit en même temps qu'une réduction dans l’échange méridien d'eau au-dessus de la crête Groenland–Écosse. Le déséquilibre résultant dans les flux de salinité et de chaleur à travers le détroit et au-dessus de la crête a aussi contribué à l'adoucissement des masses d'eau des mers nordiques et a intensifié la grande anomalie de salinité dans les mers nordiques.

Le réchauffement des eaux atlantiques dans les mers nordiques et dans l'océan Arctique au cours des deux dernières décennies a eu un impact important sur la variabilité de ces deux bassins océaniques. Des études observationnelles et par modèle précédentes ont établi que le réchauffement de l'océan Atlantique subpolaire dans les années 1990 et le transport méridien de la masse d'eau atlantique dans les mers nordiques et dans l'océan Arctique ont contribué à ce processus. En même temps, les observations montrent que le réchauffement des eaux atlantiques dans les mers nordiques a commencé dans les années 1980 (c.–à–d. plus tôt que le réchauffement de l'océan Nord-Atlantique subpolaire). Les résultats du modèle suggèrent que ce processus a été déclenché par un déséquilibre dans les flux de chaleur latéraux à travers le détroit de Fram et au-dessus de la crête Groenland–Écosse. À la fin des années 1980, le transport des eaux atlantiques au-dessus de la crête Groenland–Écosse était plus fort que la normale alors que l’échange à travers le détroit de Fram était près de la normale. Le déséquilibre résultant dans les flux de chaleur latéraux à travers le détroit et au-dessus de la crête a réchauffé les mers nordiques et causé une augmentation de la température des eaux atlantiques parvenant à l'océan Arctique à la fin des années 1980 (c.-à-d. environ une décennie avant le réchauffement de la source d'eaux atlantiques dans l'océan Nord-Atlantique subpolaire). Donc, les résultats du modèle suggèrent que le déséquilibre dans les flux de chaleur et de salinité latéraux à travers le détroit et au-dessus de la crête reliant les mers nordiques à l'Atlantique Nord et à l'Arctique pourrait amplifier la variabilité interannuelle dans l'océan subarctique.