Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Thermohaline Circulation & Climate Change


Published on

Today I have presented "The Thermohaline Circulation and Climate Change" as Mini-Project for our Science of Climate Change Course ! We can expect THC shutdown around 2050s... OMG ! Yes, we can expect "The Day After Tomorrow" around 2100... All the images credited to the reference papers except one T-S-Sigmat created by me using CDAT5.2.

Published in: Business
  • Be the first to comment

Thermohaline Circulation & Climate Change

  1. 1. Thermohaline Circulation and Climate ChangeProf./Dr.Krishna AchutaRao Science of Climate Change      ­ by ASL 715 Arulalan.T 2012 AST 2532   M.Tech, CAS,     IIT Delhi
  2. 2. Ocean Circulation• What drives the Ocean circulation?• Two kinds of circulation (?)    – Wind­driven (surface) circulation.    – Thermohaline circulation (deep), driven by          fluxes of heat and freshwater across the sea        Surface.●  Role of Oceans in climate
  3. 3. What drives the Ocean circulation?
  4. 4. Two kinds of circulation The pycnocline separates the surface zone (mixed layer)   Surface ocean: Wind­driven from the deep oceancirculation, at the mixedarea between the surface andthe thermocline (300­1000 mdepth).Ocean currents also subject toCoriolis force, which deflectsthem 20­25 degrees fromwind direction (how about deep ocean?)Deep ocean: Thermohalinecirculation driven by Figure from: The Earth System. Kump,Casting and Crane, 2004differences in density(temperature and salinity).
  5. 5. T Vs S Vs Sigma­t       It shows the how the         temperature and salinity takes        place to make the denser       water in the ocean depth,       which is plotted by using the           ARGO measured data.        The isolines replicate the sigma­t        (density­1000) value.  Figure Plotted Using CDAT5.2
  6. 6. Thermohaline circulation● Seawater are made denser by  cooling and/or increasing salinity.• Deep water is formed in    localised areas. Figure source : S. Rahmstorf, Thermohaline Ocean Circulation.           Encyclopedia of Quaternary Sciences, 2006
  7. 7. What drives the THC ?• The high­latitude cooling●  filling box dynamics● Sandström’s  theorem – heating at greater depth than  cooling, by turbulent mixing (~1000 years)● Mechanism to drive ocean circulation is through fluxes of  heat and freshwater ?● Deep water is formed in localised areas.● when the water column then becomes Unstable, leading to  large­scale deep overturning of the oceans.● It is estimated time period 1000 ­5000 years.
  8. 8. Key features of the THC1.Deep water formation:In a few localized areas,North Atlantic: in the Greenland­Iceland­Norwegian (GIN) Seas,the Labrador SeaSoutern Ocean: in the Weddell Sea,  the Ross Sea.2.Spreading of  deep    waters Figure source : S. Rahmstorf, Thermohaline Ocean Circulation. Encyclopedia of Quaternary Sciences, 20063. Upwelling of deep waters not as localized as convection Sea and difficult to  observe. Mainly in the Antarctic Circumpolar Current region (ACC). 4. Near­surface currents: are required to close the flow. The Gulf Stream is primarily a wind­driven current, forming part of the subtropical gyre circulation. (~20% of the Gulf stream,~20Sv contributed to south flow of NADW)
  9. 9. THC Currents Figure source : Wiki commons
  10. 10. Spreading of deep watersWater Masses basics:Most of the heat and salt exchangebetween the atmosphere and theoceans occurs in the upper 150m .Once a parcel of water is removed fromthe surface, its properties (T,S) will notchange until it rises again, many yearslater.Spreading of deep watersNorth Atlantic Deep Water (NADW),Antarctic Bottom Water (AABW) Figure source : S. Rahmstorf, Thermohaline Ocean Circulation.           Encyclopedia of Quaternary Sciences, 2006Movement of water massesis slowly – and it is unrealistic to measure directly. Wededuce it by measuring the age of the water (through carbon­14 dating) from the distribution of the water properties themselves.
  11. 11. History of the THC Three major circulation modes ­ indentified:  Modern mode, Glacial mode & Heinrich mode Modern mode or warm mode similar to the present­day Atlantits. (Not shown) The ‘off’ mode occurring after Heinrich events (after major input of freshwater, either from  surging glacial ice sheets or in form of  meltwater floods Younger Dryas event)  (upper globe).  Glacial mode or cold mode with NADW forming  south of Iceland in the Irminger Sea (center) Transitions between warm and cold modes of  the Atlantic THC ­ Dansgaard­Oeschger (D/O) (lower) dramatic warm 8 to 16oC within a decade over Greenland Figure source : S. Rahmstorf, Thermohaline Ocean Circulation.           Encyclopedia of Quaternary Sciences, 2006
  12. 12. The future of the THCGlobal warming can affect the THC in two ways: surface warming and surface freshening, both reducing the density of high­latitude surface waters & deep water formation. Most models predict a significant weakening of NADW formation (by 20­50%) in response to anthropogenic global warming during the 21st century [IPCC, 2001]. Some also find a reduction in AABW formation.A major weakening or shut­down of NADW formation could have serious impacts on marine ecosystems, sea level and surface climate, including a shift in ITCZ & tropical rainfall belts. 
  13. 13. In 2050s● Using the climate model HadCM3 by applying the GHG effect as same as  Change in surface air temperature during today, forecasted the THC shutdown  years 20­30 after the collapse of the THC. in the 2050s.● Cooling of the NH of −1.7◦ C● Most tend to affecttemperatures over landin north­western Europe(Scandinavia, Britain) byseveral degrees, others showstrong cooling further west.● SH warming Figure source : Vellinga and Wood, Impacts of thermohaline circulation           shutdown in the twenty­first century, 2008
  14. 14. MOC● The meridional overturning circulation (MOC) refers to the north­south  flow as a function of latitude and depth.● MOC describing a meridional flow field, a mix of both wind­driven and  thermohaline­flow, often integrated in east­west direction across an  ocean basin or the globe and graphically depicted as a stream function.● THC associated with zonal overturning cells and it describing the  influence of cooling or freshwater forcing on the ocean circulation.
  15. 15. Transporting the heat to the poles Northward heat transport across each latitude (1PW=10^15W)• Atmospheric and oceanic circulationis about transporting heat from theequator to the poles.• The maximum energy transport is similar.Oceans peak at 20°N• A direct effect: The atmosphere isheated from the bottom,air column becomesunstable and rises. Figure source: The Earth System. Kump,Casting and Crane, 2004
  16. 16. Role of Oceans in Climate variations● On time­scale of months or years Oceans are vast reservoir of heat  and will regulate the climate by heating or cooling the atmosphere  (hurricanes / El Niño).● On longer time­scale it is the large heat transport (~1PW) of the  deep circulation that could change the climate.● Oceans can absorb heat in one region and restore it to the  atmosphere (perhaps decades or centuries later) at a quite different  place.● A THC collapse is seen to have happen in the past. It is widely  discussed as one of a number of "low probability ­ high impact"  risks associated with global warming.
  17. 17. References[1] Wallace S. Broecker, James P . Kennett, Benjamin P. Flower, James T. Teller, Sue Trumbore,       Georges Bonani, and Willy Wolfli. Routing of meltwater from the laurentide ice sheet       during the younger dryas cold episode. Nature, 341(6240):318–321, September 1989. [2] Peter U. Clark, Nicklas G. Pisias, Thomas F. Stocker, and Andrew J. Weaver.  The role of       the thermohaline circulation in abrupt climate change. Nature, 415(6874):863–869,       February 2002. [3] J. F. McManus, R. Francois, J. M. Gherardi, L. D. Keigwin, and S. Brown­Leger. Collapse      and rapid resumption of atlantic meridional circulation linked to deglacial climate       changes. Nature, 428(6985):834–837, April 2004.[4] Michael Vellinga and RichardA Wood. Impacts of thermohaline circulation shutdown in       the twenty­first century. Climatic Change , 91(1­2):43–63+, 2008.[5] S. Rahmstorf, S. A. Elias. Elsevier and Amsterdam. Thermohaline Ocean Circulation.         Encyclopedia of Quaternary Sciences, 2006.
  18. 18. Thank you