The Atlantic meridional overturning circulation (AMOC)—a system of ocean currents in the North Atlantic—has a major impact on climate, yet its evolution during the industrial era is poorly known owing to a lack of direct current measurements. Here we provide evidence for a weakening of the AMOC by about 3 ± 1 sverdrups (around 15 per cent) since the mid-twentieth century. This weakening is revealed by a characteristic spatial and seasonal sea-surface temperature ‘fingerprint’—consisting of a pattern of cooling in the subpolar Atlantic Ocean and warming in the Gulf Stream region—and is calibrated through an ensemble of model simulations from the CMIP5 project. We find this fingerprint both in a high-resolution climate model in response to increasing atmospheric carbon dioxide concentrations, and in the temperature trends observed since the late nineteenth century. The pattern can be explained by a slowdown in the AMOC and reduced northward heat transport, as well as an associated northward shift of the Gulf Stream. Comparisons with recent direct measurements from the RAPID project and several other studies provide a consistent depiction of record-low AMOC values in recent years. A characteristic ‘fingerprint’ of sea-surface temperatures suggests that the Atlantic overturning circulation has slowed substantially since the mid-twentieth century, as predicted by climate models in response to increasing carbon dioxide emissions.

Abstract The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) fifth assessment of projected global and regional ocean temperature change is based on global climate models that have coarse (∼100 km) ocean and atmosphere resolutions. In the Northwest Atlantic, the ensemble of global climate models has a warm bias in sea surface temperature due to a misrepresentation of the Gulf Stream position; thus, existing climate change projections are based on unrealistic regional ocean circulation. Here we compare simulations and an atmospheric CO 2 doubling response from four global climate models of varying ocean and atmosphere resolution. We find that the highest resolution climate model (∼10 km ocean, ∼50 km atmosphere) resolves Northwest Atlantic circulation and water mass distribution most accurately. The CO 2 doubling response from this model shows that upper‐ocean (0–300 m) temperature in the Northwest Atlantic Shelf warms at a rate nearly twice as fast as the coarser models and nearly three times faster than the global average. This enhanced warming is accompanied by an increase in salinity due to a change in water mass distribution that is related to a retreat of the Labrador Current and a northerly shift of the Gulf Stream. Both observations and the climate model demonstrate a robust relationship between a weakening Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) and an increase in the proportion of Warm‐Temperate Slope Water entering the Northwest Atlantic Shelf. Therefore, prior climate change projections for the Northwest Atlantic may be far too conservative. These results point to the need to improve simulations of basin and regional‐scale ocean circulation.

Abstract There has been a proliferation of climate change vulnerability assessments of species, yet possibly due to their limited reproducibility, scalability, and interpretability, their operational use in applied decision-making remains paradoxically low. We use a newly developed Climate Risk Index for Biodiversity to evaluate the climate vulnerability and risk for ∼2,000 species across three ecosystems and 90 fish stocks in the northwest Atlantic Ocean, a documented global warming hotspot. We found that harvested and commercially valuable species were at significantly greater risk of exposure to hazardous climate conditions than non-harvested species, and emissions mitigation disproportionately reduced their projected exposure risk and cumulative climate risk. Of the 90 fish stocks we evaluated, 41% were at high climate risk, but this proportion dropped to 25% under emissions mitigation. Our structured framework demonstrates how climate risk can be operationalized to support short- and long-term fisheries objectives to enhance marine fisheries’ climate readiness and resilience.

Abstract As climate change shifts marine species distribution and abundance worldwide, projecting local changes over decadal scales may be a valuable adaptive strategy for managers and industry. In Iceland, one of the top fish-producing nations in the world, long-term monitoring enables model simulations of groundfish species habitat distribution. We used generalized additive models to characterize suitable thermal habitat for 47 fish species in Iceland’s waters. We then projected changes in thermal habitat by midcentury with an ensemble of five general circulation models from the Coupled Model Intercomparison Program 6 (CMIP6) and NOAA (CM2.6) and two scenarios (SSP 5-8.5 and SSP 2-4.5). We find a general northward shift in centroids of habitat distribution, with variable regional dynamics among species. Species thermal affinity was the most significant predictor of future habitat change, with warmer-water species more likely to see projected increases in suitable habitat. We present spatially explicit habitat change projections for commercially and culturally important species. These projections might serve as guideposts to inform long-term management decisions about regional and species-specific suitability for Iceland’s fisheries, infrastructure investment, and risk evaluation under climate change.

Over the last decade, ocean temperature in the U.S. Northeast Continental Shelf (U.S. NES) has warmed faster than the global average and is associated with observed distribution changes of the northern stock of black sea bass (Centropristis striata). Mechanistic models based on physiological responses to environmental conditions can improve future habitat suitability projections. We measured maximum, resting metabolic rate, and hypoxia tolerance (Scrit) of the northern adult black sea bass stock to assess performance across the known temperature range of the species. A subset of individuals was held at 30°C for one month (30chronic°C) prior to experiments to test acclimation potential. Absolute aerobic scope (maximum−resting metabolic rate) reached a maximum of 367.21 mgO2 kg-1hr-1 at 24.4°C while Scrit continued to increase in proportion to resting metabolic rate up to 30°C. The 30chronic°C group had a significant decrease in maximum metabolic rate and absolute aerobic scope but resting metabolic rate or Scrit were not affected. This suggests a decline in performance of oxygen demand processes (e.g. muscle contraction) beyond 24°C despite maintenance of oxygen supply. The Metabolic Index, calculated from Scrit as an estimate of potential aerobic scope, closely matched the measured factorial aerobic scope (maximum/resting metabolic rate) and declined with increasing temperature to a minimum below 3. This may represent a critical value for the species. Temperature in the U.S. NES is projected to increase above 24°C in the southern portion of the northern stock range. Therefore, these black sea bass will likely continue to shift north as the ocean continues to warm.