Det snabbt uppvärmda Arktis har börjat övergå från en övervägande frusen stat till ett helt annat klimat, enligt en omfattande ny studie av arktiska förhållanden.

Vädermönstren på de övre breddgraderna har alltid varierat från år till år, med mer eller mindre havsis, kallare eller varmare vintrar, och längre eller kortare säsonger med regn istället för snö. Men den nya forskningen av forskare vid National Center for Atmospheric Research (NCAR) finner att Arktis nu har värmts så kraftigt att dess variation från år till år rör sig utanför gränserna för tidigare fluktuationer, signalerar övergången till en "ny arktisk" klimatregim.

"Förändringstakten är anmärkningsvärd, "sa NCAR -forskaren Laura Landrum, huvudförfattaren till studien. "Det är en period av så snabb förändring att observationer av tidigare vädermönster inte längre visar vad du kan förvänta dig nästa år. Arktis går redan in i ett helt annat klimat än för bara några decennier sedan."

I den nya studien, Landrum och hennes medförfattare, NCAR -forskaren Marika Holland, upptäcka att arktisk havsis har smält så kraftigt under de senaste decennierna att även ett ovanligt kallt år inte längre kommer att ha den mängd sommarhavis som fanns så sent som i mitten av 1900-talet. Höstens och vinterns lufttemperaturer kommer också att värma tillräckligt för att komma in i ett statistiskt distinkt klimat i mitten av detta århundrade, följt av en säsongsförändring i nederbörd som kommer att resultera i ytterligare månader där regn kommer att falla istället för snö.

För studien, Landrum och Holland använde hundratals detaljerade datasimuleringar samt observationer av arktiska klimatförhållanden. Den stora mängden data gjorde det möjligt för dem att statistiskt definiera klimatgränserna för det "gamla Arktis"-eller hur mycket variationer naturligt kan förekomma från år till år-och sedan identifiera när uppvärmning som orsakas av människor kommer att driva Arktis bortom dessa naturliga gränser och in i ett nytt klimat.

De framtida prognoser som används för studien är baserade på ett avancerat scenario för framtida utsläpp av växthusgaser, en bana som kallas RCP 8.5. Papperet noterar, dock, att minskade utsläpp skulle minska omfattningen av klimatförändringar i Arktis.

Det skiftande klimatet har vidsträckta enorma konsekvenser för ekosystem, vattenresurshantering, översvämningsplanering, och infrastruktur.

Forskningen finansierades av National Science Foundation, som är NCAR:s sponsor, och National Oceanic and Atmospheric Administration. Den publicerades i veckan i Naturens klimatförändringar .

Grundläggande förändring

Fjärran norden värms snabbare än regioner på lägre latitud, vilket beror på en process som kallas arktisk förstärkning. Detta sker eftersom ljusfärgad havsis, som reflekterar värme tillbaka till rymden, ersätts med mörkare havsvatten, som fångar upp värme. Dessutom, relativt varma havsvatten skyddas inte längre på vintern lika effektivt av de tjocka havsisens isolerande egenskaper.

Förändringarna i det arktiska klimatet är så djupgående att den genomsnittliga omfattningen av havsis i september, när den når sitt årliga minimum, har sjunkit med 31% sedan satellittidens första decennium (1979-88).

Landrum och Holland ville avgöra om denna nedgång visar att det arktiska klimatet har förändrats i grunden. De ville också studera förändringar av två andra nyckelaspekter som är tecken på det frusna tillståndet i det arktiska klimatet:lufttemperaturer på hösten och vintern, och säsongsövergången i nederbörd från mestadels snö till mestadels regn.

För att svara på dessa frågor, de vände sig till flera simuleringar från fem av världens ledande klimatmodeller som har använts för ett internationellt forskningsprojekt som kallas Coupled Model Intercomparison Project 5, eller CMIP5. Det stora antalet simuleringar gjorde det möjligt för dem att sammanställa en statistiskt signifikant bild av det arktiska klimatet, tillåta dem att skilja den naturliga klimatvariationen från år till år från en övergång till ett nytt arktiskt klimat.

Forskarna jämförde modellutmatningen med observationer, bekräftar att modellerna exakt fångar tidigare klimat och därför på ett tillförlitligt sätt kan simulera framtida klimat.

Landrum och Holland tillämpade sedan statistiska tekniker för att avgöra när klimatförändringar överskred gränserna för naturlig variation. För denna sista fråga, de identifierade ett annat klimat som växte fram när 10-årsgenomsnittet var minst två standardavvikelser från klimatgenomsnittet under decenniet 1950-59.

Med andra ord, om havsisutbredningen förändrats så mycket att genomsnittet i, säga, 1990 -talet var lägre i 97,7% av alla fall än havsutbredningen under något år på 1950 -talet, då definierades 1990 -talet som ett nytt klimat.

När de använde dessa tekniker för havsutbredning, de fann att Arktis redan har gått in i ett nytt klimat. Var och en av de fem modellerna visade att havsisen drog sig tillbaka så dramatiskt att ett nytt klimat för havsis hade uppstått i slutet av 1900 -talet och början av 2000 -talet.

Ser fram emot, de fann också att Arktis kan börja uppleva i stort sett isfria förhållanden under de närmaste decennierna. Flera av modellerna indikerade att Arktis kunde bli mestadels isfritt i 3-10 månader årligen i slutet av seklet, baserat på ett scenario med höga utsläpp av växthusgaser.

När det gäller lufttemperaturer, Landrum och Holland fokuserade på höst och vinter, som påverkas starkt av sommarens minskning av havsisen och den efterföljande tidpunkten för isväxten. De fann att lufttemperaturerna över havet kommer in i ett nytt klimat under första halvan eller mitten av detta århundrade, med lufttemperaturer över landets uppvärmning betydligt senare under seklet.

Säsongens nederbördscykel kommer att förändras dramatiskt i mitten av seklet. Om utsläppen kvarstår på en hög nivå, de flesta kontinentala regioner kommer att uppleva en ökning av regnperioden med 20-60 dagar i mitten av århundradet och 60-90 dagar i slutet av seklet. I vissa arktiska regioner, regn kan förekomma varje månad på året vid sekelskiftets slut.

"Arktis kommer sannolikt att uppleva ytterligheter i havsis, temperatur, och nederbörd som ligger långt utanför allt som vi har upplevt tidigare, "Landrum sa." Vi måste ändra vår definition av vad arktiskt klimat är. "