Mechanizmai, lemiantys kintamumą vandenyne, verčiantys pušies salų ledyną | gamtos komunikacijos

Mechanizmai, lemiantys kintamumą vandenyne, verčiantys pušies salų ledyną | gamtos komunikacijos

Anonim

Dalykai

  • Klimato kaitos poveikis
  • Kriosferos mokslas
  • Fizinė okeanografija

Anotacija

Pušies salos ledynas (PIG) ​​baigiasi greitai tirpstančiame ledo lentynoje, o vandenynų cirkuliacija ir temperatūra yra susijusi su traukimu ir didėjančiu indėliu į PIG ir netoliese esančių ledynų kylantį jūros lygį. Tačiau PIG priverstinis vandenynų kintamumas buvo menkai suvaržytas, nes trūko daugiamečių stebėjimų. Naudodamiesi unikaliu įrašu, esančiu netoli „Pine Island“ ledo šelfo (PIIS), parodome, kad sezoninis ir tarpvalstybinis laikotarpiai, įskaitant ryškų šaltojo periodo laikotarpį nuo 2011 m. Spalio mėn. Iki 2013 m. Gegužės mėn., Gali smarkiai paaiškinti vandenynų pokyčius. du procesai: kaupiamasis vandenyno paviršiaus šilumos srautas ir jūros ledo susidarymas arti PIIS; tarpvyriausybiniai vandenyno srovių pakeitimai ir su tuo susijęs šilumos transportas Pine salos įlankoje, kuriuos lemia vietinių ir nuotolinių jėgų derinimas. Todėl vietinis atmosferos jėgos vaidina svarbų vaidmenį didinant vandenynų kintamumą arti PIIS.

Įvadas

Amundseno jūros ledo lentynos uždengia didelę Vakarų Antarkties ledyno dalį, apsaugodamos jį nuo griūties 1, 2 . Gili vandenyno temperatūra, esanti arti Amundseno jūros kontinentinio šelfo, yra viena šilčiausių aplink Antarktidą ir nuo dešimtojo dešimtmečio pradžios įšilo maždaug 0, 2 ° C per dešimtmetį (žr. 3, 4), nors duomenų apie patį Amundseno jūros kontinentinį šelfą yra nedaug. ir ryški tendencija nėra akivaizdi 5 . Ledynai Amundseno jūros sektoriuje jau sukelia didžiausią masinį nuostolį iš visų pagrindinių Antarktidos kanalizacijos baseinų, o šie masiniai nuostoliai 1992–2006 m. Padidėjo 59% (žr. 6, 7). Keli tyrimai rodo, kad negrįžtamas kai kurių Amundseno jūros ledo srovės antžeminių linijų nutolimas yra neišvengiamas arba jau vykdomas 8, 9, 10, 11, nes vandenyno jėgos jungiamos 5, 12, 13, 14 ir nuožulniai atgal. pamatinis 9, 10, 12 . Todėl nepaprastai svarbu suprasti mechanizmus, kontroliuojančius vandenyno sąlygas Amundseno jūroje.

Pine salos ledo šelfo (PIIS) tirpimas vandenynu kyla dėl palyginti šilto, sūraus aplinkinio gelminio vandens (CDW), kuris užlieja apatinę vandens kolonos dalį per Amundseno jūros žemyninį šelfą. 300–700 m atstumu esanti termoklipa atskiria šį CDW nuo šaltesnio, bet gaivesnio žieminio vandens (WW) sluoksnio, virš 5, 13 . Vanduo, pasiekiantis Pine salos ledyno (PIG) ​​įžeminimo liniją (kur ledo šelfas plaukia), turi praeiti tarp kalnagūbrio maždaug 700 m žemiau jūros lygio ir ledo šelfo dugno maždaug 350 m žemiau jūros lygio 12 . Todėl termoklino gylis ir su tuo susijusi vidutinė temperatūra tarp šių gylių lemia šilumą, skirtą tirpti ertmėje po PIIS. Ypatingas jautrumas vandenyno temperatūrai yra ties įžeminimo linija, kur didžiausias lydymosi greitis yra 12, 15 ; vanduo, pasiekiantis įžeminimo liniją, gali kilti iš maždaug 700 m gylio, kai jis patenka į ertmę 5 .

CDW pasiekia PIIS per ledyninių raižytų lovų tinklą jūros dugne 13 . CDW pirmiausia patenka į kontinentinį šelfą per kraštų įdubimus esant 113 ° W ir 102–108 ° W (nuo šiol atitinkamai centrinis ir rytinis loviai; 1a pav.; (16, 17, 18, 19)). Šiose vietose krante paslenka potekstis, tekantis į rytus išilgai žemyninio šlaito 20, esančio po paviršiaus sustiprinto vakarų kryptimi, Antarkties šlaito srovė. Vandens transportavimas sausumoje žemyninio šelfo pertraukos metu buvo pasiūlytas keletas procesų; tai apima topografinį vairavimą, sūkurio tempimą, kuris srovę stumia į pietus pasroviui esant 21 depresijai, ir srautą ant lentynos dėl padidėjusio transportavimo apatiniame Ekmano 22 sluoksnyje. Atrodo, kad CDIS, pasiekiantis PIIS, yra vandens, gauto tiek iš centrinio, tiek iš rytinio latako 19, jungimasis su takais ir susimaišantis prieš įtekant į pietus į Pine salos įlanką (74–75 ° pietų platumos, 105–100 ° vakarų ilgumos).

Image

a ) studijų srities vieta; IBCSO batimetrija 41 (užtemdyta, žr. Legendą) ir ledo lentynų kraštai nuo 2004 m. (Raudoni kontūrai); centrinis (CT), rytinis (ET) ir Pine Island (PIT) loviai, Pine Island Bay (PIB), Pine Island ledynas (PIIS); švartavimosi vietos (pažymėtos; „iSTAR“ švartavimosi apskritimai; BSR švartavimosi žvaigždės) ir regionas, per kurį vidutiniškai apskaičiuojami paviršiaus srautai (mėlyna dėžutė). b ) Pine salos ledo fronto išplėtimas, parodant ledo fronto padėtį 2012 m. sausio 12 d. (žalia taškinė brūkšnio linija), 2013 m. lapkričio 6 d. (prieš apledėjus ledkalniui; cianinė brūkšniuota linija), 2013 m. lapkričio 18 d. (po ledkalnio apsiveršiavimo; rausvai raudona punktyrinė linija).

Visas dydis

Žinoma, kad hidrografinės sąlygos Amundseno jūroje sezoniškai kinta 17, 23, o tarp metų - 5, 13, 14, 24 . Įvairūs modelio tyrimai nustatė ryšį tarp vėjo jėgos kontinentinio šelfo pakraštyje ir CDW 17, 18, 25 kintamumo krante, o stebėjimo tyrimai šiek tiek patvirtina šią hipotezę 5 . Tačiau procesai, keičiantys advekcinį šilumos transportavimą vandenyne tarp lentynų lūžio ir ledo šelfų ertmių (maždaug 450 km atstumu vienas nuo kito), nėra gerai suprantami. Be to, vis daugėja įrodymų, kad intensyvus paviršiaus karštis ir druskos srautas pakrančių polinezijose gali pakeisti PIIS 26 ir panašių ledo lentynų 27 vandenynų priverstinį išplaukimą. CDW gabenimo į Amundseno jūrą ir jos viduje kintamumą suprato stebėjimų trūkumas, ypač žiemą. Įvairūs tyrimų kruizai pateikė hidrografinių sąlygų vaizdus vasarą, tačiau iki kelių švartavimosi atvejų 2014 m. Pine salos įlankoje 28 buvo gautas tik vienas 11, 5 mėnesio beveik dugno įrašas.

Čia pateikiami švartavimosi stebėjimai, apimantys žemyninį šelfą, vedantį į PIIS. Tai apima 5 metų temperatūros ir druskingumo rekordą (BSR5 / iSTAR9 laiko eilutės), esantį 10 km atstumu nuo pietinio PIIS krašto, kur buvo stebimas pagrindinis tirpiklio nutekėjimas 5, 13, 29, 30 . Mes palyginkime tai su trimis kitais 2 metų švartavimosi įrašais žemyniniame šelfe ir sujungtomis laiko eilutėmis iš trijų iš eilės švartavimųsi centriniame love žemyno šelfo krašte. Iš pastarųjų švartavimų BSR12 (2009–2011) ir „iSTAR1“ (2012–2014) beveik buvo išdėstyti (1, 5 km atstumu vienas nuo kito ir viename Rossby spinduliu) kontinentiniame šelfe maždaug 605 m gylyje, o BSR13 (2011–2012). buvo 22, 3 km atstumu, žemyniniame šlaite maždaug 1075 m gylyje. Mes pastebime, kad vandenyno sąlygos, esančios arti PIIS, yra labai nevienodos, o tai nekartojama švartavimosi lentynose kraštuose. Atrodo, kad vietiniai paviršiaus srautai ir vandenyno cirkuliacijos pokyčiai Pine salos įlankoje skatina pokyčius, pastebėtus arti ledo šelfo.

Rezultatai

Kintamumas Pine salos įlankos vandenyno sąlygose

BSR5 ir iSTAR9 (žali žymekliai 1b pav.) Temperatūros, esančios aukščiau užšalimo taško in situ, laiko eilutės rodo didelį kintamumą (2c pav.). Termoklino gylyje yra akivaizdus sezoninis ciklas (pavyzdžiui, 2, 5 ° C aukštyje virš užšalimo izotermos, viršutinė balta linija). Šis sezoninis ciklas būdingas gilia termokline ir šalta temperatūra australų pavasarį (spalio – gruodžio mėn.) Ir paprastai šiltesnėmis sąlygomis visais kitais metų laikais. Šiam sezoniniam ciklui pridedami tarpvyriausybiniai temperatūros pokyčiai, kai ryškus šalčio laikotarpis tęsiasi nuo 2011 m. Spalio mėn. Iki 2013 m. Gegužės mėn. (Stora mėlyna linija virš 2c pav.). Šio šaltojo periodo piko metu sezoninis ciklas sustiprėja, tęsiasi į didesnį gylį ir šaltu oru išlieka ilgiau nei santykinai šiltu 2009 m. Vasario mėn. - 2011 m. Vasario mėn. Laikotarpiu (stora raudona linija virš 2c pav.). 3, 25 ° C aukščiau užšalimo izotermos (apatinė balta linija, 2c pav.) Gylis neturi ryškaus sezoninio ciklo ir joje vyrauja palyginti sklandus kintamumas per metus. Minimali temperatūros temperatūra visuose gyliuose būna nuo 2012 m. Spalio mėn. Iki 2013 m. Sausio mėn., Kai gilioji temperatūra atsilieka nuo seklios temperatūros iki 3 mėnesių.

Image

a ) Mėnesio šilumos kiekis, esant BSR5 (mėlyna spalva) nuo 400 iki 700 m, ir šilumos kiekis, apskaičiuojamas pagal NCEP ir ERA - tarpinį mėnesinį vidutinį paviršiaus šilumos srautą Pine salos Polianos regione (raudonas; žr. metodus), su atskiras įvertinimas iš NCEP (kietas) ir ERA-Interim (brūkšninis) reanalizų, pateiktų pagal juodąsias linijas. b ) Dešimties dienų žemos pralaidos filtruojamos temperatūros interpoliuotos temperatūros intervale, esant užšalimo taškui in situ, esant 450 m BSR12 (pilka, 2009–11), BSR13 (pilka brūkšnys, 2011–12) ir „iSTAR1“ (pilka, 2012). –14); 600 m atstumu ant „iSTAR8“ (rausvai raudona) ir 650 m atstumu ant „BSR5 / iSTAR9“ (žalia). c ) visų turimų instrumentų, esančių abiejose švartavimosi vietose, interpoliuotos temperatūros, esančios aukščiau užšalimo taško in situ , šių instrumentų gylis parodomas juodomis linijomis; izotermos, esant 2, 5 ° C ir 3, 25 ° C temperatūrai virš užšalimo, parodytos atitinkamai viršutine ir apatine baltomis linijomis; laive esančių matavimų laikas, parodytas 3 pav., nurodomas spalvotais trikampiais. Šiltas, šaltas ir vėlesni šilti laikotarpiai žymimi storomis raudonomis, mėlynomis ir oranžinėmis linijomis viršuje ( c ).

Visas dydis

Mes tiriame, ar 2012–13 m. Stebimos šaltos sąlygos buvo neįprastos, apskaičiuodami vidutinę temperatūrą iš visų laivų stebėjimų Pine salos įlankoje (į pietus nuo 74 ° pietų platumos ir į rytus nuo 105 ° vakarų ilgumos) ir palygindami juos su australiąja vasara (sausis). – Vasario mėn.) Vidutinės temperatūros duomenys iš BSR5 / iSTAR9 laiko eilučių (3 pav.). Švartavimosi duomenys atitinka tų pačių metų laivo duomenis, ir akivaizdu, kad 2012 m. Temperatūra nuo 350 iki 700 m yra šaltesnė nei bet kurią kitą vasarą, kai šioje vietoje stebimi laivai. Švartavimosi duomenys rodo, kad australi 2013 m. Vasara (netrukus po šaltojo laikotarpio piko) buvo dar šaltesnė.

Image

Vasaros temperatūra netoli Pine salos įlankos (į pietus nuo 74 ° pietų platumos, į rytus nuo 105 ° vakarų ilgumos) dėl kruizų (spalvotos linijos, metai ir profilių skaičius nurodytas legendoje, 1 SD), o vidutinis sausio – vasario mėn. Stebėjimas iš BSR5 ir „iSTAR9“ (simboliai, metai nurodyti legendoje, 1 sd klaidų juostos). Juodos horizontalios linijos parodo apytikslį ledo grimzlės ir dugninės keteros gylį.

Visas dydis

Temperatūra, gauta iš trumpesnių švartavimosi įrašų regione, parodo ryšį tarp temperatūros kintamumo, stebimo BSR5 / iSTAR9, ir platesnių okeanografinių pokyčių. Temperatūros laiko eilutės „iSTAR8“ (2b pav., Rausvai raudona) labai gerai sutampa su „BSR5 / iSTAR9“ (2b pav., Žalia linija) 2 metų dislokavimo metu. Panašus kintamumas taip pat pastebimas „iSTAR7“, įlankos pakraštyje (maždaug 100 km atstumu), o mažesniu mastu - „iSTAR6“, beveik 200 km atstumu Pine salos love (papildomas 1 pav.). Todėl BSR5 / iSTAR9 stebimas kintamumas rodo didelio masto pokyčius, vykstančius visoje Pine salos įlankoje.

Šaltojo periodo piko metu, 2012 m. Pavasarį, bendras vandenynų šilumos kiekis virš užšalimo (žr. Metodus) tarp 400–700 m BSR5 / iSTAR9 buvo 1, 25 GJ, 62% mažesnis nei 3, 28 GJ, stebėtas 2009 m. Pavasarį (2 pav. 2a). Nuo 2009 m. Pavasario iki 2012 m. Pavasario oro temperatūra viršijus užšalimui sumažėjo 71%, esant 400 m, 70% - 500 m, 50% - 600 m, o 20% - 700 m. Vidutinis šilumos kiekis nuo 400 iki 700 m per visą šaltą laikotarpį buvo 2, 37 GJ, ty 32% mažiau, palyginti su 3, 49 GJ, palyginti su 2009–2010 m. Vidurkiu. Dėl ryšių tarp vandenyno temperatūros ir plūdrumo, kurį lemia srautas išilgai ledo ribos ertmėje, laikoma, kad stebimi bazinio lydymosi greičiai reaguoja kvadratiškai į temperatūros pokyčius virš užšalimo 31, 32, o tai padidintų šių pokyčių įtaką lydymui. norma PIIS. Išmatuodami tik vieną temperatūros ir druskingumo tašką, esantį artimo lydymosi vandens nutekėjimo gyliui (430 m BSR5), mes negalime kiekybiškai įvertinti poveikio lydymui. Vis dėlto 2012 m. Pradžioje atlikta laivų apklausa parodė, kad ištirpusio vandens kiekis sumažėjo mažiau nei perpus nuo 2009–2010 m. Vertės5, todėl pagrįstai galima manyti, kad šaltojo laikotarpio piko metu lydalo sumažėjimas buvo dar didesnis.

PIIS frontas smarkiai pasistūmėjo į priekį nuo 2009 iki 2013 m., Beveik pasiekdamas „iSTAR8“ vietą, prieš 2013 m. Lapkričio mėn. Atsidūręs dideliame ledkalnyje (žr. Spalvotas linijas 1b pav.). Šis įvykis buvo atsakingas už „iSTAR9“ nuosmukio judėjimą (matomą pritvirtintų jutiklių gylio laiko eilutėse, juodomis linijomis 2c pav.), Tačiau kitaip neišsiskyrė didelis temperatūros pokytis (užtemimas 2c pav.) Ar srovės (papildoma 2 pav.), Stebimas BSR5 / iSTAR9. Kintanti ledo liežuvio forma galėjo turėti įtakos cirkuliacijai aplink Pine salos įlanką ir polinezių pasiskirstymui. Tačiau atrodo mažai tikėtina, kad vien tai galėtų paaiškinti gilius vandenyno temperatūros ir greičio pokyčius, kurie stebimi visoje Pine salos įlankoje.

Vietos paviršiaus šilumos srautų poveikis

Viena Pine salos įlankos kintamumo hipotezė yra šilumos srauto pokyčiai vandenyno paviršiuje. Šilumos nuostoliai vandenyno paviršiuje sukels laipsnišką mišraus sluoksnio aušinimą ir gilėjimą, galimai paaiškindami beveik užšalimo temperatūrą, stebėtą 430 m šaltuoju metų laiku (2c pav.; Papildomas 2 pav.). Be to, dėl vietinių intensyvių šilumos nuostolių gali atsirasti nedidelio tūrio giluminiai konvekciniai dūmtraukiai, kurie vėliau susimaišo į šoną, kad atvėsintų tarpines vandens mases 33 . Norėdami kiekybiškai išanalizuoti paviršiaus aušinimo poveikį, palyginame šilumos kiekio pokyčius virš užšalimo nuo 400 iki 700 m su bendru šilumos srautu per vandenyno paviršių, atsirandantį dėl atmosferos ir vandenyno pasikeitimo, dėl jūros ledo susidarymo, o lydytas vidurkis 34, 35 mėlyna dėžutė 1 pav. (maždaug 101, 5–103, 2 ° vakarų ilgio, 74, 6–75, 2 ° pietų platumos). Visi reanalizės šiame regione yra linkę į klaidas ir neapibrėžtumus 36, kaip parodyta skirtumuose iš ERA-Interim 37 ir NCEP- 38 gautų šilumos srautų 2a pav. todėl kaip geriausią spėjimą naudojame dviejų produktų vidurkį. Papildomo šilumos srauto, susidarančio dėl jūros ledo formavimo ir tirpimo, svarbos įvertinimas pateiktas papildomame 3 pav.

Norėdami palyginti paviršiaus šilumos srautą su stebimais vandenynų šilumos kiekio pokyčiais, pirmiausia pašaliname vidutinį laiko srautą, darant prielaidą, kad grynieji šilumos nuostoliai paviršiuje yra subalansuoti pastoviu šilumos tiekimu, gaunamu iš vandenyno ir jį maišant, darant prielaidą, kad mes tiriame kitame skyriuje. Be to, mes ignoruojame beveik nepastebėtus šilumos kiekio pokyčius virš 400 m; šaltuoju metų laiku 400 m temperatūra yra artima paviršiaus užšalimo taškui, todėl manome, kad aukščiau esantis sluoksnis yra izoterminis, tai reiškia, kad nepastebėti pokyčiai bus nereikšmingi. Tačiau kai mišrus sluoksnis yra seklus (atšilimo ar paprastai šiltesnių sąlygų laikotarpiais), paviršiaus srautų įtaka gilesnėms vandens masėms bus mažesnė, nei rodo mūsų skaičiavimai.

Nepaisant šių supaprastintų prielaidų, pastebėti šilumos kiekio pokyčiai gerai sutampa ( r = 0, 65) su pokyčiais, gautais dėl sukauptų paviršiaus šilumos srautų (2a pav.). Tai rodo, kad paviršiaus šilumos srautai gali paaiškinti didžiąją dalį sezoninių vandenynų temperatūros pokyčių ir ribota tarpšakinio kintamumo dalis. Nuo 2009 m. Pavasario iki 2012 m. Paviršiaus šilumos srautai gali sumažinti šilumos kiekį 0, 7 GJ, tai yra trečdalis stebėto 2, 1 GJ sumažėjimo (2a pav.). Imituotas šilumos kiekis 2009 m. Pavasarį yra mažesnis nei pastebėtas, tikriausiai dėl santykinai seklaus termoklino, dėl kurio keičiasi šilumos kiekis viršutinėje vandens storymėje, seklesniame gylyje nei stebėta. Dėl panašių priežasčių per daug įvertintos šiltos 2010 ir 2011 metų viršūnės. Nepakankamai įvertintos šaltos 2012 m. Sąlygos leidžia manyti, kad papildomi procesai, pavyzdžiui, vandenynų šilumos patraukimo pokyčiai, taip pat galėjo prisidėti prie aušinimo 2011 ir 2012 m.

Vandenyno cirkuliacijos pokyčių poveikis

Temperatūros kintamumui esant 600 m ar giliau, būdingas nuolatinis temperatūros mažėjimas nuo 2010 m. Vidurio iki 2012 m. Pabaigos, po kurio sekė atšilimas 2013 m. Iki 2014 m. Pradžios. Šis sklandus kintamumas rodo santykinai nedidelę paviršiaus šilumos srautų įtaką vietiniu mastu, išskyrus šalčio periodo piko metu, kai termoklinas gilėjo iki maždaug 700 m. Kitas svarbus vandenynų temperatūros kintamumo šaltinis šiame regione greičiausiai yra dėl šoninės advekcijos ar horizontalių temperatūros gradientų pokyčių, susijusių su frontais. Kaip tarpininkas yra ištirti iSTAR7, iSTAR8 ir BSR5 / iSTAR9 vandenyno srovės įrašai ir lyginami su vandens masės savybėmis (4 pav.). Yra stiprus ryšys tarp srovės krypties komponento link PIIS (PIG-Wards srovių) ir vandens masės savybių, kai aukšta temperatūra įvairiuose gyliuose (430–670 m) yra susijusi su srautu link ledo lentynos ties „iSTAR7“ ir „iSTAR8“. ir toliau nuo ledo lentynos ties BSR5 / iSTAR9. Šaltuoju metų laiku srautas pasikeitė, kai BSR5 / iSTAR9 srovės buvo link ledo šelfo, o iSTAR7 ir iSTAR8 buvo toliau nuo ledo lentynos. Nors dauguma vandenynų modeliavimo tyrimų 14, 26 ir apžvalginiai įrodymai 13, 29 rodo, kad cirkuliacija aplink Pine salos įlanką yra ciklinė, o nutekėjimas yra BSR5 / iSTAR9, vienas modelinis tyrimas 39 sukūrė anticikloninę giliųjų vandenynų cirkuliaciją, tekėdamas į ertmę arti BSR5. / iSTAR9, teigdamas, kad tai gali būti stabilus alternatyvus srauto režimas, kai termoklina yra gili. Šių pokyčių schema parodyta 4e, f pav. Atkreipkite dėmesį, kad Pine salos įlankoje pagal laikrodžio rodyklę pastebėtas per ankstesnius kruizus susijęs piko salos įlankos viduryje izopikcinų ir izotermų dominavimas yra 100–200 m 13, 29 ; šios cirkuliacijos pasikeitimas bus susijęs su šių izopccnals gilinimu keliais šimtais metrų.

Image

a ) Nupjauta (žr. metodus) T ir S 670 m atstumu, spalvotu atitinkamu PIG-Wards greičiu 676 m (visi „iSTAR9“; 2012–14). b ) T ir S sujungti 362 m atstumu (iSTAR9; 2012–14) ir 430 m atstumu (BSR5; 2009–14), nuspalvinti PIG-Wards greičiu 676 m (iSTAR9; 2012–14) ir 534 m (BSR5; 2009). –14). c ) T ir S sujungti 403 m atstumu, spalvoti 432 m greičiu (visi „iSTAR7“; 2012–14). d ) T ir S sujungti 646 m atstumu, dažomi 654 m greičiu (visi „iSTAR8“; 2012–14). ( Ad ) punktuose into tankio anomalija kontūruota, o laivo CTD (laidumas, temperatūra ir gylis) Pine salos įlankoje stebimi pilka spalva, o paviršiaus užšalimo taškas parodytas brūkšniuota juoda linija. e ) IBCSO spalvos batimetrija ir vidutinis švartavimo greitis šaltuoju metų laikotarpiu (2011 m. spalio mėn. – 2013 m. gegužė; mėlyni vektoriai) „iSTAR7“ (cianinis apskritimas, 480 m), „iSTAR8“ (rausvai raudonas, 645 m), „iSTAR9“ (tamsiai žalias apskritimas)., 674 m) ir BSR5 (šviesiai žalios spalvos žvaigždutė, 534 m), vidutinė metinė jūros ledo produkcija vidutiniškai per 2011 ir 2012 m. (Brūkšniniai kontūrai 10, 15, 20 m atstumu) ir galimo vidutinio lygio vandenyno srauto schema ( žalios rodyklės, punktyrinės linijos žymi mažesnį tikrumą). ( f ), kaip e punktas, tačiau šiltuoju metų laikotarpiu (2013 m. gegužės mėn. – 2014 m. vasario mėn.), kai metinis bendras jūros ledo produkcijos vidurkis buvo 2009, 2010 ir 2013 m.

Visas dydis

Temperatūros ir druskingumo pokyčiai yra teigiamai koreliuojami taip, kad temperatūros kritimas atitinka druskingumo ir potencialo tankio sumažėjimą (4a – d pav., Papildomas 4 pav.). WW druskingumas padidėja maždaug 0, 2 g kg –1, palyginti su stebėjimais iš laivų vasaros metu (4b, c pav.), Keičiant maišymo liniją tarp WW ir CDW (papildomas 5 pav.) Taip, kad vanduo visuose tarpiniuose gyliuose taptų šaltesnis (pavyzdžiui, 4a pav.). Stebimi WW savybių pokyčiai greičiausiai atsiranda dėl laikinų jūros ledo formavimosi pokyčių (4e, f pav.) Ir WW pritraukimo iš regionų, kuriuose klimatologiškai didesnis jūros ledo susidarymo tempas. Todėl kintamumas termoklinoje gali būti vertinamas kaip izopiskalinių poslinkių (kuriuos greičiausiai lemia cirkuliacijos ir CDW tūrio pokyčiai) ir vertikalios vandens kolonos struktūros pokyčių, kuriuos lemia paviršiaus jėgos, jūros ledo susidarymas ir vėlesnis maišymasis, derinys. .

Stebimus cirkuliacijos pokyčius galėjo lemti paviršiaus šilumos srautų ir jūros ledo susidarymo pokyčiai, kurie pakeistų šoninio tankio gradientus Pine salos įlankoje ir aplink ją, taip pakeisdami sroves arba vietinio vėjo įtampos pokyčius. Vietinis zoninis vėjo stresas silpnai koreliuoja (r> 0, 4) su zonos greičio ir temperatūros pokyčiais BSR5; ši koreliacija yra stipriausia, stebima visame žemyno šelfe, esant bet kokiam atsilikimui (papildomas 6 pav.). Taip pat tikėtina, kaip pasiūlė keli ankstesni tyrimai 5, 13, 16, 17, kad Pine salos įlankoje pokyčius lemia CDW srauto pokyčiai žemyniniame šelfe 400 km į šiaurę. Ištisinės švartavimo laiko eilutės centriniame love (2b pav., Pilkos linijos) rodo, kad įtekančio CDW temperatūra per 5 metų švartavimosi laikotarpius buvo santykinai pastovi ir neatitinka didelio termoklino gilėjimo esant ši įtekėjimo vieta. Net jei temperatūra nesikeis, CDW tūrio srautas gali būti pakeistas keičiant lentynos greitį. Išmatuojant „iSTAR1“ ir „BSR12“ lentynoje esantį greitį, gaunamas neišsamus viso vandens srauto, esančio ant lentynos, vaizdas, tačiau tai rodo, kad palyginti šiltu 2009–11 laikotarpiu, palyginti su 2012 m., Srautas ant lentynos buvo stipresnis ir kintamesnis. 14 (papildomas 7a pav.). Tačiau bendras Pine salos įlankos greičio ir temperatūros, esančios lentynose, sutapimas yra silpnas (papildomas 7b pav.). Todėl mažai tikėtina, kad centrinio lovio sąlygų kintamumas yra pagrindinis sezoninio ar tarpšakinio kintamumo, kurį stebime Pine salos įlankoje, variklis.

Kitas pagrindinis šilto CDW į žemyninio šelfo kelią yra rytinis lovis. Buvo iškelta hipotezė, kad zoninio vėjo pokyčiai ir su jais susijęs vėjo streso bangavimas į rytus nuo šiaurinės šiaurės šiaurės dalies 2012 m. 5 bus varomasis mechanizmas šaltuoju metų laiku. Zoninis vėjas tarp 68–72 ° S ir 100–115 ° W buvo labai anomalus. 2011 m. ir iki 2013 m. pabaigos neatsinaujino 30 metų vidurkis (papildomas 8 pav.), kurie galėjo prisidėti prie anomalių sąlygų Pine salos įlankoje šaltuoju laikotarpiu. Jei darysime prielaidą, kad šiam regionui esanti vėjo įtampa lemia CDW srautą, tada kumuliacinės šio kiekio anomalijos turėtų būti susijusios su CDW tūrio kintamumu Pine salos įlankoje. Anomališkai neigiamas vėjo stresas per visą laikotarpį atitinka ilgalaikį gilių temperatūrų mažėjimą, nors ne 2013–2014 m. Atsigaunant šiltoms sąlygoms (papildomas 8 pav.). Nepaisant to, srauto sumažėjimas, pavyzdžiui, dėl kurio užsimenama švartavimosi kraštuose (papildomas 7 pav.), Galėjo padidinti paviršiaus šilumos srauto kintamumo įtaką ir paskatinti vietinius cirkuliacijos pokyčius, lemiančius trumpesnį terminų kintamumas.

Diskusija

Per 20 mėnesių buvo pastebimas žymus temperatūros sumažėjimas virš užšalimo ir vandenynų šilumos kiekis, kuris greičiausiai turėjo didelę įtaką PIIS lydymosi greičiui, dėl kurių laikinai sulėtėjo jo nutekėjimas 40 . Panašu, kad šaltą burtą lemia aušinimas dėl vietinių paviršiaus šilumos srautų ir cirkuliacijos pokyčių bei vandenynų šilumos advekcijos. Paviršiaus priverstinis vykdymas Pine salos įlankoje gali paaiškinti daugumą stebimo viršutinio vandens stulpelio (tai yra seklesnio nei 600 m) kintamumo, artimo PIIS, sezonine ar tarpinstitucine laiko skalėmis, daugiausia per kaupiamuosius paviršiaus šilumos srautus (5 pav.). Paviršiaus šilumos srautuose vyksta stiprus metinis ciklas, kuris taip pat yra termoklino gylyje, bet mažiau pastebimas vandens temperatūroje žemiau termoklino. Nepaisant to, konvekcijos ir maišymo dėka paviršiaus srautai gali prasiskverbti pakankamai giliai į vandenyną, kad turėtų didelę įtaką tirpimui arti įžeminimo linijos šaltojo šėlsmo smailės metu ir paveiktų į ertmę patenkančio vandens temperatūrą per visą stebimą laikotarpis. Temperatūros pokyčiai Pine salos įlankoje taip pat stipriai koreliuoja su cirkuliacijos pokyčiais, nes šaltasis laikotarpis nuo 2011 m. Spalio mėn. Iki 2013 m. Gegužės mėn. Yra susijęs su srovių, pernešančių šilumą į Pine salos įlanką ir aplink ją, pasikeitimu. Cirkuliacijos pasikeitimo priežastis nėra žinoma, tačiau greičiausiai tai yra vietinio ir nuotolinio jėgų derinio derinys.

Image

Temperatūros profiliai ir susijęs šilumos kiekis virš užšalimo taško in situ dviejų tipinių laikotarpių: 2009 m. Ir 2012 m. Pavasarį (spalio – gruodžio mėn.); vidutinis šilumos kiekis virš užšalimo nuo 400 iki 700 m šiems laikotarpiams (raudonos kolonos ir vertės) bei siūlomų mechanizmų schema. Raudonos rodyklės rodo CDW pritraukimą, o mėlynos rodyklės rodo šilumos nuostolius atmosferoje. Oranžinė linija rodo apytikslį termoklino gylį šiais laikotarpiais. Juodos rodyklės žymi vieno elemento įtaką kitam. Punktyrinė rodyklė rodo galimą gilesnio termoklino, esančio Pine salos įlankoje, įtaką regioninei apyvartai ir tuo pačiu CDW advekcijai.

Visas dydis

Atkreipiame dėmesį, kad neseniai atliktame „St-Laurent“ ir kitų 26 modeliavimo tyrime padarytos panašios išvados dėl jūros ledo gamybos ir šilumos srautų svarbos 2012 m. Pabaigoje sukeliant reikšmingą šalčio įvykį. Tačiau jų modelis rodo, kad tai atsirado į šiaurę nuo Pine salos įlankos per trumpą laiką intensyviai gaminant jūros ledą ir prarandant šilumą, o mūsų stebėjimo duomenų rinkinys rodo, kad šilumos nuostoliai ir dėl to atsirandantis aušinimas buvo ilgesni. Be to, stebimo giliųjų vandenynų temperatūrų tendencijų, kaip ir priešingų srovių pokyčių, dažniausiai nebuvo. Nepaisant to, jų modelio tyrimas pateikia papildomų įrodymų, kad vietinės atmosferos sąlygos gali daryti didelę įtaką vidutinio gylio vandenynų temperatūrai šiame regione.

Didelis Pine salos įlankoje stebimas didelis tarpvyrinis kintamumas nėra aiškiai susijęs su pokyčiais lentynos pertraukėlėje, nors dėl sumažėjusios lentynoje esančios srovės 2009–2011 ir 2012–14 laikotarpiais gali parodyti daugiametį gilios temperatūros sumažėjimą. Šis gilus aušinimas galėjo sustiprinti vietinių procesų poveikį viduriniajam vandens stulpui, skatindamas gilesnę žiemos konvekciją ir cirkuliacijos pokyčius Pine salos įlankoje. Deja, per šį laikotarpį rytiniame tvenkinyje stebėjimų nebuvo, todėl negalime atmesti galimybės, kad pokyčiai ten paskatino kai kuriuos nepaaiškinamus šilumos kiekio pokyčius Pine salos įlankoje. Nepaisant to, šis tyrimas rodo, kad pakraščių vėjų ir cirkuliacijos pokyčių poveikis Pine salos įlankos sąlygoms yra ne toks tiesioginis, kaip buvo manyta anksčiau, ir kad vietiniai atmosferos jėgos stipriai moduliuoja reakciją kritiniame 350–700 m gylio diapazone. per stebėtą laikotarpį. Todėl tikėtina, kad vietinėms atmosferos sąlygoms didelę įtaką turės ir kitos greitai tirpstančios ledo lentynos visoje Antarktidoje. Jei tai bus patvirtinta, tai paryškins atmosferos ir vandenynų stebėjimo šalia Antarkties pakrantės svarbą, kad būtų galima anksti įspėti apie būsimus ledo šelfų tirpimo ir ledynų traukimosi pokyčius.

Metodai

Dabartinės krypties pasukimas

PIG-Wards srovės yra apibrėžtos kaip maksimali dispersijos elipsės, nukreiptos į PIG, maksimumas. Ši kryptis yra tokia: „iSTAR7“, 105 °; iSTAR8, 130 °; BSR5 / iSTAR9, 82 °. 4e, f pav. Parodyta, kad šios kryptys iš esmės suderintos su vidutinėmis srovėmis šiltuoju metų laiku. Kokybinėms šio darbo išvadoms įtakos neturi tikslus kampas, naudojamas PIG-Wards krypčiai apibrėžti.

Duomenų apie temperatūrą ir druskingumą suskaidymas

Temperatūros ir druskingumo duomenys aiškumo atžvilgiu buvo padalinti į 4 pav. Šiukšliadėžės kraštai buvo apibrėžti kaip kas 0, 1 ° C ir 0, 025 g kg –1, o kiekvienos šiukšliadėžės visi duomenys buvo vienodo svorio. Pagrindiniai bruožai, pastebimi po išpjaustymo, taip pat išryškėja neapdorotuose duomenyse, tačiau norint, kad šios savybės būtų glaustai pavaizduotos, būtina paimti atranką arba sudaryti vidurkį. Mūsų išvados nėra jautrios šiukšliadėžės dydžio pasirinkimui.

Temperatūra aukščiau užšalimo taško in situ

Temperatūra virš užšalimo apskaičiuojama atimant užšalimo tašką in situ (apskaičiuotą naudojant TEOS-10 būklės lygtį) iš stebimų temperatūrų. Kadangi druskingumas yra būtinas norint apskaičiuoti užšalimo tašką in situ, tačiau jis nepastebėtas daugumoje švartavimo priemonių, naudojama temperatūra ir druskingumas perskaičiuojant remiantis 2014 m. Vasaros laivų stebėjimais regione. Šie laivų stebėjimai rodo paprastai tiesinį ryšį ( Pav. 4), nors dėl paviršinių sluoksnių druskingumo pokyčių yra daug skirtumų šaltesnėje temperatūroje. Vidutinis druskingumas apskaičiuojamas 0, 05 ° C temperatūros pakopomis, tada šis santykis interpoliuojamas pagal stebimą temperatūrą. Darant prielaidą, kad druskos druskos neapibrėžtis yra ± 0, 3 g kg −1, šios konversijos sukelta neapibrėžtis yra ± 0, 02 ° C užšalimo taško vietoje.

Vandenyno šilumos kiekis

Šilumos kiekis, ištirpinantis PIIS, apskaičiuojamas nuo temperatūros, esančios esant užšalimo taškui in situ nuo 400 iki 700 m. Šie gyliai naudojami, nes jie yra visame įraše stebimo diapazono ribose ir maždaug sutampa su gylio diapazonu ertmėje po PIIS. Šilumos kiekis apskaičiuojamas pagal šią lygtį:

Image

kur z1 = 700 m, z2 yra 400 m, ρ yra vandenyno tankis ir c p yra vandenyno šilumos talpa, abu apskaičiuoti pagal interpoliuotos gylio temperatūrą ( T ), naudojant aukščiau pateiktą perskaičiavimą, norint įvertinti druskingumą ten, kur jis nebuvo stebimas. Tf yra in situ vandens užšalimo taškas. Tankio ir šilumos talpumo neapibrėžtumas dėl nežinomų druskingumo pokyčių yra mažesnis kaip 0, 1% jų atitinkamų vidutinių verčių.

Duomenų prieinamumas

„ISTAR“ švartavimo duomenis, pagrindžiančius šio tyrimo išvadas, galima rasti Britanijos okeanografijos duomenų centre. BSR5 švartavimosi duomenis, pagrindžiančius šio tyrimo išvadas, galima rasti IEDA MGDS saugykloje su identifikatoriumi doi: 10.1594 / IEDA / 322014. CDT (laidumas, temperatūra ir gylis) duomenys, pagrindžiantys šio tyrimo išvadas, yra laisvai prieinami įvairiuose nacionaliniuose duomenų centruose; sudarytą duomenų rinkinį gali gauti iš atitinkamo autoriaus pagrįstu prašymu.

Papildoma informacija

Kaip cituoti šį straipsnį: Webberis, BGM ir kt . Pine salos ledyno vandenyno kintamumą lemiantys mechanizmai. Nat. Bendruomenė. 8, 14507 doi: 10.1038 / ncomms14507 (2017).

Leidėjo pastaba : „Springer Nature“ išlieka neutralus paskelbtų žemėlapių jurisdikcijos reikalavimų ir institucinių ryšių atžvilgiu.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Papildomi skaičiai.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.