Kuzey Atlantik Okyanusu'nun bir "barometresi" Akdeniz

Kuzey Atlantik Okyanusu'nun bir "barometresi" Akdeniz

Akdeniz, Kuzey Atlantik Okyanusu'nun bir "barometresi" olarak görülebilir, çünkü deniz seviyesi, Kuzey Atlantik Salınımı (NAO) ile ilgili atmosferik basınç ve rüzgar zorlamasındaki okyanus-dönme ölçeğindeki değişikliklere yanıt verir.

Kuzey Atlantik iklimi, ısıyı Güney Atlantik'ten kuzey kutup altı Kuzey Atlantik'e taşıdığı için Atlantik meridyen devrilme dolaşımından (AMOC) etkilenir.

Bu çalışma, 2004–17 döneminde 26.5 ° N'de ölçülen AMOC taşımacılığı ile Akdeniz seviyesi arasında bir tele bağlantı olduğunu bildirmektedir azalmış , artmış bir AMOC taşımacılığı, Akdeniz'de daha yüksek ve daha düşük deniz seviyesi ile ilişkilidir.

Bu tele bağlantıdan sorumlu süreçler, mevcut uydu ve yerinde gözlemler ve atmosferik yeniden analiz kullanılarak ayrıntılı olarak analiz edilir.

İlk, Aylık ve yıllar arası zaman ölçeklerinde hem AMOC hem de deniz seviyesinin benzer NAO benzeri atmosferik sirkülasyon kalıpları tarafından yönlendirildiği gösterilmiştir.

Pozitif / negatif bir NAO durumu sırasında, daha güçlü / daha zayıf ticaret rüzgarları (i) 26.5 ° N boyunca Ekman taşımacılığının AMOC'yi doğrudan etkileyen kuzeye / güneye doğru anormallikleri sürüyor ve (ii) Cebelitarık Boğazı üzerinden batıya / doğuya doğru rüzgarlarla ilişkili suyu Akdeniz'den dışarı / Akdeniz'e akmaya zorlar ve böylece ortalama deniz seviyesini değiştirir.

İkinci olarak, AMOC taşımacılığındaki yıllar arası değişikliklerin, Kuzey Atlantik doğu sınırı yakınında termosterik deniz seviyesi anormalliklerine yol açabileceği gösterilmiştir. Bu anormallikler (i) Cebelitarık Boğazı'na ulaşabilir ve Akdeniz'de deniz seviyesi değişikliklerine neden olabilir ve (ii) AMOC hakkında olumsuz geribildirim için bir mekanizma temsil edebilir.

Atlantik Okyanusu, net ısının Güney Yarımküre'den ekvator boyunca kuzey subpolar döneme doğru taşındığı tek okyanus olduğu için Dünya'nın iklim sistemi için benzersizdir.

Üstteki ılık sular kuzeye doğru akarken, atmosfere ısı kaybederler, daha soğuk ve yoğun hale gelirler ve daha sonra güneye geri dönen Labrador ve Kuzey Denizi'nde derin su oluştururlar ve Atlantik meridyen devrilme dolaşımını içerir (AMOC; Şekil 1 ). Kuzeye doğru ısı aktarımı 24 ° -26 ° K civarında maksimum 1,3 PW'ye ulaşır , ılık Gulf Stream sularının kuzeye doğru akışı ile rüzgarla çalışan yüzey akışı (Ekman taşımacılığı) ile daha soğuk termoklin ve soğuk Kuzey Atlantik Derin Suyu'nun güneye doğru akışı arasında dengeli bir hacim aktarımı ile. Okyanustan atmosfere Kuzey Atlantik'in orta enlemlerinde aktarılan ısının çoğu, batı rüzgarları tarafından doğuya doğru taşınır ve kuzeybatı Avrupa'nın ılıman iklimine katkıda bulunur . Batı rüzgarlarının gücü, Kuzey Atlantik üzerindeki iklim değişkenliğinin baskın bir atmosferik modeli olan Kuzey Atlantik Salınımı (NAO) ile güçlü bir şekilde ilişkilidir.

Kuzey Atlantik'teki meridyen devrilme dolaşımını (MOC; oklar) oluşturan ana okyanus akışlarının alt topografya (renk) ve şematik temsili: pembe oklar yukarı okyanus akışlarını gösterir ve açık mavi oklar derin akışları gösterir. Bölgesel eflatun çizgi, 26.5 ° N MOC izleme dizisini (RAPID / MOCHA / WBTS) gösterir.

2004 yılından bu yana, AMOC, denizaltı telefonu kullanılarak Gulf Stream taşımacılığının ölçümleriyle desteklenen, yaklaşık 26.5 ° N boyunca konuşlandırılan bir dizi demirleme ile izlendi .

Florida Boğazı'ndaki kablolar Şekil 1. AMOC'deki değişikliklerin , Kuzey Atlantik çevresi etrafındaki deniz seviyesini , özellikle Kuzey Amerika doğu kıyısı boyunca etkileyebileceği belgelenmiştir , muhtemelen daha az önemli ile doğrudan rüzgar kaynaklı değişkenliği .

2009 / 10'da, ilgili rüzgar alanı azaldığında ve hatta AMOC'nin kuzeye doğru Ekman nakliye bileşenini tersine çevirdiğinde, kısmen aşırı olumsuz NAO nedeniyle AMOC geçici olarak% 30 yavaşladı .

AMOC'deki bu yavaşlamanın ve rüzgar anormalliklerinin Kuzey Amerika'nın doğu kıyısı boyunca aşırı bir deniz seviyesi yükselmesine yol açması mümkündür .

Buna ek olarak, azalan meridyen ısı taşınımı, subtropikal Atlantik'te bir üst okyanus soğumasına ve tropiklerde ısınmaya neden olarak, 2009/10 ve 2010/11 kışlarının her ikisinde de atmosferik dolaşımın rekor düşük NAO negatif durumlarına itilmesine yardımcı olmuş olabilir .

İlginç bir şekilde, aydan aya zaman ölçeklerinde, AMOC taşımacılığı, Akdeniz'deki neredeyse havza çapında deniz seviyesi varyasyonları ile negatif korelasyonludur

daha güçlü / daha zayıf bir AMOC, daha düşük / daha yüksek bir deniz seviyesi ile ilişkilidir ( Şekil 2 , 3a ). Özellikle, 2009 / 10'da ve ardından 2010/11 kışında gözlemlenen AMOC yavaşlaması, Akdeniz'deki aşırı mevsimsel olmayan (yıllık ve altı aylık sinyaller kaldırılan) deniz seviyesi anormallikleriyle aynı zamana denk geldi ve daha önceki çalışmalarda bildirilen yaklaşık 10 cm'lik genliklere ulaştı . Bu aşırı kısa vadeli deniz seviyesi dalgalanmaları, son yirmi yılda küresel ortalama deniz seviyesi yükselişinin yaklaşık 6 cm'sinden daha büyük genliklere sahiptir ve kıyı toplulukları ve altyapısı için bir sel tehdidi oluşturmanın yanı sıra anlayışları ve tahminleri için bir zorluk teşkil ediyor.

Akdeniz'deki deniz seviyesi ile 26,5 ° N boyunca AMOC taşımacılığı arasındaki ilişki (mevsimsel döngüler kaldırılarak aylık düzleştirilmemiş değerler). Korelasyon için% 95 anlamlılık seviyesi ( r = −0,2) kırmızı kontur ile gösterilir. Marsilya ve Trieste gelgit göstergelerinin yerleri kırmızı dairelerle gösterilmiştir.

Herhangi bir yarı kapalı denizde olduğu gibi, Akdeniz seviyesi yerel tatlı su dengesi, bağlantılı havzalarla değişimler ve derinlemesine entegre deniz suyu yoğunluğunun yerel değişimleri (sterik değişiklikler) tarafından belirlenir.

Akdeniz seviyesinin mevsimsel olmayan dalgalanmalarının, boğaz ve bitişiğindeki Atlantik Okyanusu üzerindeki NAO-modülasyonlu rüzgarlarla ilgili, temel olarak Cebelitarık Boğazı boyunca gerçekleşen kitle değişimlerinden kaynaklandığı gösterilmiştir .

Akdeniz'deki mevsimsel olmayan dip basınç dalgalanmaları ile Kuzey Atlantik orta boyları arasındaki faz dışı bir ilişki rapor edilmiş ve büyük ölçekli rüzgar stresi kıvrımları ve NAO'ya atfedilmiştir . Daha önceki bir dizi çalışma, NAO ile modüle edilmiş deniz seviyesi basıncının, tatlı su ve yüzdürme akışlarının Akdeniz seviyesini sürmedeki önemli rolünü vurgulamıştır .

NAO'nun subtropikal Kuzey Atlantik ve Akdeniz seviyesindeki dolaşım değişkenliğindeki rolü iyi bir şekilde belgelenmiş olsa da , Kuzey Atlantik'teki büyük ölçekli okyanus sirkülasyonunun okyanus-atmosfer geri bildirimleriyle Akdeniz seviyesini etkilemesi de mümkündür .

Bu çalışma, AMOC ile Akdeniz seviyesi arasındaki korelasyonu raporlamasıyla mevcut kanona yeni bir unsur ekliyor. Akdeniz, Kuzey Atlantik hava-deniz-kara çiftli iklim sisteminin ayrılmaz bir parçası olmasına rağmen,

Akdeniz'deki deniz seviyesi ile 26,5 ° N'deki AMOC taşımacılığı arasındaki ilişki henüz kurulmamış ve araştırılmamıştır. İki uzak ve muhtemelen doğrudan ilişkili olmayan sürecin neden birbiriyle ilişkili olduğu açık değildir. Akdeniz'deki AMOC ve deniz seviyesi, Ulusal Yetkilendirme Görevlisi gibi aynı süreçler tarafından mı zorlanıyor? Yoksa AMOC, Akdeniz'deki deniz seviyesini doğrudan ve / veya dolaylı olarak etkileyen bir zorlama sağlıyor mu? Bu çalışmada, deniz yüzeyi yüksekliğinin uydu altimetri gözlemlerini, 26.5 ° N boyunca meridyen taşımalarının ölçümlerini,

Yazı aşağıdaki şekilde düzenlenmiştir. Gelen bölümler 2 ve 3 , sırasıyla, bu çalışması ve veri analizi yöntemlerinde kullanılan verileri açıklar. Bölüm 4 , AMOC ulaştırma bileşenleri, Akdeniz seviyesi ve NAO arasında gözlenen korelasyonları rapor etmektedir. In bölümlerde 5 ve 6'da , biz gözlenen korelasyon sorumlu dinamik mekanizmalarını keşfetmek. Son olarak, bölüm 7 özet ve tartışma sağlar.

Deniz seviyesi ölçümleri

Deniz seviyesi için, Copernicus Deniz ve Çevre İzleme Servisi (CMEMS; http) tarafından işlenen ve dağıtılan Ocak 1993'ten Şubat 2017'ye kadar olan dönem için hem bölgesel (Akdeniz) hem de küresel aylık deniz seviyesi anormallik haritalarını (SLA) kullandık. : //marine.copernicus.eu ). SLA haritaları, belirli bir zamanda mevcut olan tüm görevler kullanılarak dört adede kadar altimetre uydusunun ölçümlerinin birleştirilmesiyle oluşturulur.

Haritalamadan önce, yol boyunca takip edilen altimetre kayıtları aletsel gürültü, yörünge belirleme hatası, atmosferik kırılma, deniz durumu sapması, statik ve dinamik atmosferik basınç etkileri ve gelgitler için rutin olarak düzeltilir .

Küresel ortalama deniz seviyesi, küresel değişikliklerle ilgili olmayan yerel dinamik dalgalanmalara odaklanmak için her ızgara noktasında SLA zaman serilerinden çıkarılmıştır. Alan ağırlıklı ortalama zaman serisi, Akdeniz havzası genelindeki SLA'yı (SLA _MS ) temsil etmektedir .

Uydu altimetri verileri, 1900-2010 yılları arasında Fransa'nın Marsilya kentinde ve 1927-2010 yılları arasında İtalya'nın Trieste kentinde Ortalama Deniz Seviyesi Kalıcı Hizmetinden alınan aylık gelgit ölçüm,ölçümleriyle desteklenmiştir

Bunlar, on dokuzuncu yüzyılın sonuna kadar uzanan, Akdeniz'de mevcut olan en uzun kayıtlardır, ancak Trieste'deki 1927 öncesi kayıtlarda önemli (çok yıllık) boşluklar vardır. Marseille'in kısa süreli boşluklar ya önce ya da 1993 ya da verilen altimetre mareograf kayıt ters barometre için düzeltilmiştir 1993 sonrası verilerin (IB) 'etkisi ile doğrusal interpolasyonla doldurulmuştur ⁠ , P _{, bir} deniz seviyesi basıncı (SLP ) ve P _refTüm okyanus boyunca ortalama SLP, ρ deniz suyu yoğunluğu ve g yerçekimi.

26.5 ° N'de AMOC gözlemleri

AMOC'nin 26.5 ° N'de izlenmesi RAPID – MOCHA – Western Boundary Time Series [WBTS (RAPID)] programı himayesinde 2004 yılından bu yana gerçekleştirilmektedir . Atlantik Okyanusu'nun batı ve doğu sınırlarında 26.5 ° N'de ve Orta Atlantik Sırtı'nın (MAR) her iki tarafında önemli ölçümler toplanmıştır. Eğimli sınırlar nedeniyle, yamaç üzerinde farklı konumlarda ve derinliklerde bulunan birkaç demirleme.Sınırlarda ortaya çıkan zaman serileri sıcaklık ve tuzluluk profilleri, orta okyanus meridyen jeostrofik taşınmasının hesaplandığı dinamik yükseklik anormalliği profillerini türetmek için kullanılır.

AMOC taşınımının ( T _AMOC ) tahmini, (i) en derin kuzeye doğru ~ 1100 m'de , (ii) en yüksek orta okyanus taşımacılığının ( T _UMO ) toplamı olarak elde edilir . Florida Akıntısı nakliyesi ( T _FC ), Florida Boğazı boyunca denizaltı telefon kabloları ve (iii) bölgesel rüzgar stresi kullanılarak tahmin edilen yüzeye yakın meridyonel Ekman taşımacılığı ( T _EK ) kullanılarak voltaj farkının ölçülmesiyle elde edilmiştir. Avrupa Orta Menzilli Hava Tahminleri Merkezi'nden (ECMWF) ERA-Geçici yeniden analiz T _AMOC= T _FC + T _EK + T _UMO . Devrilmenin (derin güneye doğru akış) alt kolu, üst Kuzey Atlantik Derin Suyu (NADW) taşımacılığı ( T _UNADW ; 1100–3000 m) ve alt NADW taşımacılığının ( T _LNADW ; 3000–5000 m) toplamı ile temsil edilir , öyle ki T _AMOC ≈ - ( T _UNADW + T _LNADW ) .

Burada, RAPID tarafından sağlanan Nisan 2004 ile Şubat 2017 arasında 26,5 ° N'de meridyen taşımalarının 12 saatlik zaman serisini ve doğu ve batı sınırlarının yakınında 12 saatlik dikey sıcaklık ve tuzluluk profillerini kullanıyoruz. Meridyen ısı aktarımı, Johns et al.'da açıklandığı gibi RAPID gözlem sisteminden türetilir . (2011) . Dinamik yükseklik anormalliklerini hesaplamak için sıcaklık ve tuzluluk profilleri kullanılır. RAPID demirlemelerinin çoğu 100–200 dbar derinlik aralığında en sığ ölçümlere sahip olduğundan, dinamik yükseklik profilleri bir kübik ekstrapolasyon kullanılarak yüzeye kadar uzatıldı . Meridyonel taşımaların zaman serileri ve dinamik yükseklik anormalliklerinin ortalaması aylık olarak alındı, böylece 155 aylık tahmin elde edildi.

Sıcaklık ve tuzluluk verileri

Japonya Deniz-Yer Bilimi ve Teknolojisi Ajansı (JAMSTEC) tarafından Argo dahil (ve çoğunlukla) mevcut tüm verilerden üretilen, Ocak 2004'ten Şubat 2017'ye kadar aylık ızgaralı sıcaklık ve tuzluluk profilleri, Yoğunluktaki değişikliklerden (sterik bileşen) Kuzey Atlantik'teki deniz seviyesi değişkenliğine olan katkıyı hesaplayın:

burada ρ ′, zaman ortalamasına göre yerinde bir yoğunluk anomalisidir, ρ ₀ = 1027.5 kg m ⁻³ , T sıcaklıktır, S tuzluluktur, z derinliktir ve H entegrasyon için referans derinliğidir. Devrilmenin üst kısmına (üst 1100 m) odaklandığımız için, sterik deniz seviyesi anomalileri 1100 m derinliğe atıfta bulundu. Sterik deniz seviyesi anomaliler (SLA _st ) yaklaşık Termosterik SLA (SLA ayrılmıştır (nedeniyle durum denklemi doğrusal olmaması arasında olabilir) _t ) ve halosteric SLA (SLA _ler ) bileşenleri:

üst çubuğun ortalama zaman değerlerini gösterdiği yer.

Atmosfer ve yeniden analiz verileri

Okyanustaki gözlemlenen değişiklikleri atmosferik zorlamaya bağlamak için, 1979 için aylık ortalama SLP, net yüzey ısı akışı ( Q _net ), rüzgar stresi, 10 m rüzgar hızı ve deniz yüzeyi sıcaklığı (SST) alanlarını kullandık. ECMWF'nin ERA-Ara yeniden analiz projesi tarafından sağlanan 2017 dönemi ( Dee ve diğerleri, 2011 ). Marsilya ve Trieste'deki uzun gelgit ölçer kayıtları , ECMWF'nin Yirminci Yüzyıl Analizinden (ERA-20C) 1900–2010 zaman aralığında tahmin edilen 26.5 ° N'deki T _EK ile karşılaştırıldı ( Poli et al. 2013). Buna ek olarak, Lizbon, Portekiz ve Reykjavík, İzlanda arasındaki normalleştirilmiş SLP farkına dayanan ve Ulusal Atmosferik Araştırma Merkezi'nin İklim Analizi Bölümü tarafından sağlanan aylık istasyon bazlı NAO endeksini kullandık (NCAR; Hurrell ve diğerleri . 2003 ).

Yöntemler

Mevsimsel döngü, yıllık ve altı aylık harmonikler en küçük kareler anlamında uydurularak hesaplandı ve tüm alanlardan ve zaman serilerinden çıkarıldı. Dalgacık tutarlılık bir zaman-frekans alanı bölgeleri bulmak için kullanıldığı SLA _{, MS} ve T _EK covary ( Şek. 4 ). Doğrusal regresyon, SLP'nin uzamsal modellerini ve rüzgar değişikliklerini AMOC ve Akdeniz seviyesi değişkenliğine göre incelemek için kullanılır: aylık SLP alanları, bölgesel ve meridyonel 10 m rüzgar hızları aylık T _AMOC ve SLA _MS'ye yansıtılır. zaman serileri (örneğin, Şekil 6). Karşılık gelen regresyon katsayıları, T _AMOC için Sverdrup başına paskal (Sv; 1 Sv ≡ 10 ⁶ m ³ s ⁻¹ ) ve SLA _MS için saniyede metre ( SLP'deki yerel değişiklikler ve AMOC'deki değişikliklere göre rüzgar hızı) şeklindedir. sırasıyla ulaşım ve Akdeniz seviyesi).

SLA (a) aylık zaman serisi _MS uydu ölçümlerinden ve gelen T _EK 26.5 az ° K ERA-Geçici bölgeli rüzgar stres ve (b) (a) zaman serisi arasındaki dalgacık tutarlılık hesaplanır. Not, y ekseni, T _EK tersine çevrilir. Uyum grafiğindeki okların yönü, birim çemberdeki faz gecikmesine karşılık gelir ve geriye doğru yön, bir faz dışı ilişkiyi belirtir. Tutarlılık grafiğindeki (beyaz kesikli eğri) etki konisi, tutarlılık verilerinde kenar etkilerinin nerede oluştuğunu gösterir.

Yıllar arası değişkenliğe odaklanmak için, aylık zaman serileri 24 aylık bir aralıkla (1 yıllık bir pencerede hareketli ortalamaya yaklaşık olarak eşdeğer) bir "Düşük" filtresiyle daha da yumuşatıldı. Kuzey Atlantik'te yıllar arası deniz seviyesi değişkenliğinin önde gelen EOF modunu (EOF-1) belirlemek için deneysel bir ortogonal fonksiyon (EOF) analizi kullanıldı ( Şekil 9 ). EOF-1'in uzamsal modeli, deniz seviyesi verilerinin standartlaştırılmış (standart sapmaya bölünmüş) ana bileşen [PC (PC-1)] zaman serisine yansıtılmasıyla elde edilen bir regresyon haritası olarak temsil edilir. Dolayısıyla, regresyon katsayıları PC-1'in standart sapma değişikliği başına santimetredir (deniz seviyesinin yerel değişimi).

Korelasyon katsayıları için% 95 önem seviyesi, gözlemlenen zaman serileriyle aynı otokorelasyon fonksiyonlarına sahip rastgele zaman serilerinin 10.000 Monte Carlo simülasyon çiftleri arasındaki korelasyonların hesaplanmasıyla tahmin edilmiştir. 155 veri noktasına sahip sezon dışı aylık zaman serileri için korelasyon için% 95 anlamlılık seviyesi yaklaşık 0,2'dir. Düzleştirilmiş zaman serileri için (yıllar arası sinyal), korelasyon için% 95 anlamlılık seviyesi, sıfır gecikmede yaklaşık 0.5 ve 12 aylık gecikmede 0.6'dır.

Okyanus akıntılarının net yüzey ısı akısı ve sıcaklık artışı, termosterik deniz seviyesi değişkenliğini tetikler,

α termal genleşme katsayısı, C _p , deniz suyunun özgül ısı kapasitesidir , iklimsel (2004–17 ortalamasında) net yüzey ısı akısıdır (pozitif akılar okyanusun dışına yönlendirilir) ve u , okyanus akıntı hızıdır . Denklemin sağ tarafındaki ilk terimi tahmin ettik. (3) ERA-Geçici alanları kullanarak S _net. Uzamsal olarak değişken termal genleşme katsayısı, JAMSTEC sıcaklık ve tuzluluk alanlarından hesaplandı ve 100 m'nin üstündeki ortalaması alındı. İkinci (öneri) terim büyük ölçüde bilinmemektedir. Bununla birlikte, yaşostrofik bileşenin Ekman nakliyesi tarafından iyi karakterize edildiği varsayıldığında, Ekman taşımacılığının sıcaklık artışının katkısı, Marshall ve diğerlerini izleyen sözde hava-deniz ısı akışı kullanılarak tahmin edilebilir . (2001) :

burada k dikey birim vektör, τ rüzgar stresi, f Coriolis parametresidir ve SST, üst Ekman tabakası sıcaklığının bir yaklaşımı olarak kullanılan deniz yüzeyi sıcaklığıdır. Yüzey akılarıyla tutarlılık için ERA-Interim rüzgar gerilimi ve SST'yi kullandık. Daha sonra, dikey ısı ilerlemesinin küçük olduğu varsayılırsa, 1100 m üst su kolonunun termosterik deniz seviyesi değişimi,

YAZININ DEVAMI OKUMAK İÇİN TIKLAYINIZ