Future Physical and Biogeochemical Ocean Conditions under Climate Change along the British Columbia Continental Margin

ABSTRACT

Climate change impacts coastal ecosystems through large scale changes in temperature, stratification, circulation and ocean acidification. Here, the potential response of the British Columbia continental margin to climate change is investigated using a regional ocean circulation-biogeochemical model to downscale climate change projections from the Canadian regional and global climate models (CanRCM4/CanESM2) under two Intergovernmental Panel on Climate Change emission scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). Projections of future physical and biogeochemical conditions for the 2041–2070 period are compared to the recent past (1981–2010). We found an overall annual average warming of >1.6°C in sea surface temperature, increase in stratification in the upper layer, and decrease in surface pH of as much as 0.21. Increasing stratification and changing winds have a limited impact on nitrate availability, phytoplankton biomass and primary production, whilst ocean warming increases primary production by up to 30% in most of the model domain. Increased atmospheric CO₂ contributes to acidification over the model domain with a decrease in pH and aragonite saturation (Ω_arag) at all depths resulting in an increase of 20 to 32% of the volume of Ω_arag ≤1 in the upper 100 m of the continental shelf depending on the climate scenario. Our projected results, therefore, show that future climate change may alter the amount of food available for higher trophic levels and the habitat of benthic species, since bottom waters on the shelf will be undersaturated with respect to aragonite for 2–3 months in mid-summer. Both climate change scenarios results in a similar pattern of changes but projected changes were stronger and more extensive under RCP 8.5 showing the benefit of mitigation efforts in reducing the effect of climate change on marine ecosystem stressors.

RÉSUMÉ

[Traduit par la rédaction] Le changement climatique a des répercussions sur les écosystèmes côtiers en raison des changements à grande échelle de la température, de la stratification, de la circulation et de l’acidification des océans. Ici, la réponse potentielle de la marge continentale de la Colombie-Britannique au changement climatique est étudiée au moyen d’un modèle régional de circulation océanique et biogéochimique pour réduire les projections de changement climatique des modèles climatiques régionaux et globaux canadiens (CanRCM4/CanESM2) dans le cadre de deux scénarios d’émissions [BDE1] (RCP 4.5 et RCP 8.5) du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Les projections des conditions physiques et biogéochimiques futures pour la période 2041–2070 sont comparées au passé récent (1981–2010). Nous avons observé un réchauffement annuel moyen global de >1,6 °C de la température de surface de la mer, une augmentation de la stratification dans la couche supérieure et une diminution du pH de surface pouvant aller jusqu’à 0,21. La hausse de la stratification et le changement des vents ont une incidence limitée sur la disponibilité des nitrates, la biomasse du phytoplancton et la production primaire, tandis que le réchauffement de l’océan augmente la production primaire jusqu’à 30% dans la majeure partie du domaine du modèle. L’augmentation du CO₂ atmosphérique contribue à l’acidification sur le domaine du modèle avec une diminution du pH et de la saturation en aragonite (W_arag) à toutes les profondeurs entraînant une augmentation de 20 à 32% du volume d’W_arag ≤1 dans les 100 m supérieurs du plateau continental en fonction du scénario climatique. Nos résultats projetés montrent donc que le changement climatique futur pourrait modifier la quantité de nourriture disponible pour les niveaux trophiques supérieurs et l’habitat des espèces benthiques, puisque les eaux de fond du plateau seront sous-saturées en aragonite pendant 2 à 3 mois au milieu de l’été. Les deux scénarios de changement climatique donnent lieu à des changements similaires, mais les changements projetés sont plus importants et plus étendus dans le cadre du RCP 8.5, ce qui révèle l’intérêt des efforts d’atténuation pour réduire l’effet du changement climatique sur les facteurs de stress de l’écosystème marin.

KEYWORDS:

• climate change
• British Columbia coast
• regional climate model
• biogeochemistry
• downscaled projections

Acknowledgements

This work was funded by the Aquatic Climate Change Adaptation Services Program of Fisheries and Oceans Canada (DFO). We are grateful to all the staff at DFO who collected and maintained field measurements, the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis for CanESM and CanRCM data, and the providers of the public-domain datasets used in this study. We thank Wendy Callendar for assisting preparing boundary conditions and Samantha Huntington for compiling biogeochemical data on the BC coast. We also thank two anonymous reviewers for their careful attention and constructive comments that helped improve this manuscript and internal reviewers Mike Foreman, Jennifer Jackson, and Bill Crawford for their useful suggestions.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Supplemental data

Supplemental data for this article can be accessed at https://doi.org/10.1080/07055900.2023.2239186.

Additional information

Funding

This work was supported by funding from Fisheries and Oceans Canada (DFO).