pozorovaná zranitelnost ledového šelfu Filchner-Ronne vůči větru řízenému přítoku teplé hluboké vody

teplá voda na frontě ledového šelfu Filchner

dva oceánografické kotviště, MNORTH a MSOUTH, probíhaly od ledna 2013-2014 na východním křídle FD při 77°S (hloubka 500 m) a 78°S (hloubka 700 m) a zaznamenaly příchod ledového šelfu Filchner-Ronne puls teplé vody (obr. 2a,c). Teplá voda je směsí WDW a povrchové vody a je chladnější než WDW, která se nachází mimo polici. Teplý puls dosáhne MNORTH v polovině ledna, kdy byl pozorován v hloubce 350 m nad 100 m silnou vrstvou ISW. První, sporadický příchod teplé vody na frontu FIS (MSOUTH) nastává na začátku března s trvalejší a hlubší přítomností od konce měsíce. 8. dubna se teplá vrstva náhle prohloubí na 450 m, následuje druhé prohloubení na 500 m o 1 týden později. Vlastnosti teplého přítoku pomalu erodují a od května je teplota v místě kotvení opět na nebo pod bodem mrazu povrchu. Teplá voda je přítomna v MNORTHU až do začátku června.

Obrázek 2: pozorování v roce 2013.
číslo2

obrysy teplotních a proudových vektorů (posledních 30 dní low-passed) V (a–c) MNORTH a (b–d) MSOUTH. Hloubka čidla (teplota) je vyznačena na pravé ose a je zvýrazněna izoterma -1,7 °C vymezující upravenou teplou hlubokou vodu. (e) podél svahového proudu v MNORTHU a větru pozorovaného v Halley podél hlavní osy větru (sekce metod). Kladné hodnoty označují Severní proud a jihozápadní (tedy severozápadní) vítr. Všimněte si, že osa větru je obrácena. Přerušované čáry v a A c označují hloubku měření proudů zobrazených v b, d A e, a období současných pozorování diskutovaných v textu, šedé čáry v a A c ukazují hloubku mořského dna a černé čtverce v e označují epizody blízkých vichřic před březnem.

všechny dostupné profily teploty a slanosti z přední strany FIS jsou znázorněny na obr. 3, což naznačuje, že na přední straně ledu nebyl dříve pozorován žádný WDW. V této oblasti jsou pozorování z lodí prováděna pouze v létě (od ledna do začátku března), pravděpodobně příliš brzy v sezóně na to, aby teplá voda dorazila na ledovou frontu. Od února do září 2011 však byla sada oceánografických profilů shromážděna pečlivou pečetí Weddell v těsné blízkosti MSOUTH (ref . 18). Profily ukazují, že během roku 2011 teplý přítok, zatímco je přítomen na parapetu 13, nedosahuje přední části FIS. Teplá voda vyšší Ve Vodním Sloupci byla pozorována poblíž ledové fronty v březnu 2011 (ref . 18) (a také dříve16), ale jedná se o relativně čerstvou povrchovou vodu ohřívanou slunečním zářením v létě a je příliš mělká, aby se dostala do dutiny ledové police.

obrázek 3: Historická pozorování z ledové fronty Filchner.
číslo3

(a) údaje z hloubky MSOUTH 375 m v roce 2013 (červené body) a hydrografické profily z ledové fronty Filchner shromážděné pečetí Weddell v únoru až říjnu 2011 (černé body) a lodí (jižně od 77,5 S) během léta 1973-2013 (šedé body). Zahrnuty jsou pouze údaje z hloubek větších než 200 m. Přerušované, označené čáry ukazují isopyknály vztažené k povrchovému tlaku a černá čára ukazuje bod tuhnutí povrchu. Přibližné θ / S-vlastnosti vodních hmot nalezených v oblasti jsou uvedeny: Antarktická povrchová voda (ASW); východní šelfová voda (ESW); vysoce slaná šelfová voda (HSSW); ledová Šelfová voda (ISW); modifikovaná teplá hluboká voda (MWDW); Zimní voda (WW). WDW nalezený z police má s 34 34.65, θ ≈ 0.5 A je mimo měřítko. b) mapa zobrazující umístění profilů MSOUTH (červená hvězda) a CTD (barevné tečky). c) Histogram ukazující časové rozložení profilů CTD lodi (šedá) a těsnění (Černá). Červená čára označuje dobu trvání záznamu MSOUTH. Období, kdy byla v MSOUTH pozorována modifikovaná WDW, je označeno červeně.

vítr poháněný pobřežní proud

teplý přítok přes FD, který vede k dramatickému zvýšení bazální rychlosti tání v předpovědích v ref. 8 je způsobeno přesměrováním pobřežního proudu tekoucího na západ podél jižního pobřeží Weddellova moře (obr. 1). Proti proudu FD je pobřežní proud sloučen s antarktickým Svahovým předním proudem a má silnou barotropní složku19, která je vytvořena převládajícími východními větry (Doplňkový obr. 1a) a Ekman transport, který konverguje k pobřeží. Když se kontinentální šelf rozšiřuje při 27°W, pobřežní proud se rozvětví: vnitřní větev sleduje pobřeží6 a vnější větev pokračuje podél kontinentálního šelfu20.

proudy pozorované v MNORTHU naznačují, že proud se rozvětvuje podruhé: při dosažení divergentních izobatů FD je část proudu odkloněna na jih podél východního boku deprese a přepravuje teplou vodu přítomnou při přestávce police během léta směrem k frontě FIS. Pozorovaný jižní tok v MNORTHU je vysoce variabilní a silně ovlivněn větrem proti proudu podél pobřeží pozorovaným například na nedaleké výzkumné stanici Halley (obr. 2e, doplňkové fíky 1-2). Během epizod silného větru, například v dubnu a na začátku června (Doplňkový obr. 1b), Jižní proud v MNORTHU přesahuje 0,15 m s-1, ve srovnání se střední hodnotou 0,03-0,04 m s-1. 16 h-lag (r=-0,47, p<0,01) mezi větrem a proudem souhlasí s typickým zpožděním 0,5-1.0 dny pozorované v jiných oblastech, kde se nacházejí přímo nucené svahové proudy poháněné větrem 21,22.

účinek silných východních větrů je tedy dvojí a závisí na uvažovaném časovém měřítku: na delších (měsíčních) časových měřítcích stlačuje termoklin nad kontinentálním svahem a uzavírá příliv teplé vody směrem ke kontinentálnímu šelfu. Na kratších (denních) časových měřítcích posiluje pobřežní proud a zvyšuje dopravu teplé vody na jih, která je k dispozici na polici. Deprese pyknoklinu, tedy závisí na Středním větru, zatímco odezva barotropního proudu odráží každodenní variabilitu atmosférického nucení. Kombinace obecně slabých východních větrů, což vede k uvolnění pycnocline, přerušeno krátkými a intenzivními větrnými událostmi, nastavení silných barotropních proudů, by umožnilo teplé vodě dosáhnout fronty FIS.

teplá voda v letech 2011 a 2013

rozdíly v nucení větru mohou vysvětlit rozdíly v pozorováních mezi lety 2011 a 2013. Průměrný stres větru v listopadu až prosinci byl slabší (obr. 4a) v roce 2013 než v roce 2011. Současně byl vítr v roce 2013 proměnlivější (obr. 4b, Doplňkový obr. 3 a doplňková Poznámka 1): Během ledna až února 2013 byly v Halley tři epizody větrů blízkých vichřici, přičemž žádná nebyla ve stejném období v roce 2011. Slabý vítr v roce 2013 potenciálně umožnil mělký termoklin a velký teplý přítok během začátku léta, který byl poté veden na jih větrnými proudy a dosáhl fronty FIS asi 350 km na jih asi o 3 měsíce později. Pravděpodobně nejdůležitějším faktorem je stabilizace nad svahem a hejno termoklinu během jara a začátku léta, umožňující barotropní proud a vířivé výměny23 transportovat teplou vodu na kontinentální šelf.

obrázek 4: srovnání roku 2011 a 2013.
číslo4

Boxplots měsíčního průměru (a) napětí větru a (b) rozptyl větru podél hlavní osy větru od Halley (viz část f a metody). Každé pole zobrazuje 25. a 75. percentil (hrany) a medián dat za 36 let (1978-2014). Vousy ukazují rozsah dat při vyloučení odlehlých hodnot (černé). Hodnoty z roku 2011 jsou zobrazeny modře a hodnoty z roku 2013 červeně. c) střední koncentrace mořského ledu (ref. 33) v oblasti Filchner (74-78° j. š., 25-45° z. d., přerušované čáry) a od oblasti svahu proti proudu (11-25° z. d., mělčí než 3 500 m). Boxploty pro koncentraci ledu jsou znázorněny na doplňkovém obr. 4. Profily (d) potenciální teploty a (e) slanosti získané na kontinentálním šelfu východně od FD v roce 2011 pečetí (modré) a z lodi (světle modré) a z lodi v roce 2013 (červené). Pouze profily shromážděné před 31 Březen každý rok jsou zahrnuty. Tenká šedá čára v e ukazuje slanost v hloubce 400 m na MNORTHU ke konci australské zimy (srpen 2013). f) mapa znázorňující umístění profilů CTD (barevné tečky), hranice (černé čáry) pro políčka použitá při výpočtu koncentrace ledu znázorněné v písmenu c) Poloha Halley (černý čtverec) a hlavní osa větru (černá šipka).

dynamika přítoku a hloubka termoklinu jsou ovlivněny několika faktory, včetně přítomnosti proměnlivé čerstvé povrchové vrstvy v důsledku letního tání mořského ledu24, koncentrace mořského ledu8, shelf salinity9, 25 a meziroční variabilita oběhu a vlastností ISW v rámci FD. Podmínky mořského ledu v regionu se mezi lety 2 velmi lišily (obr. 4c a doplňkový obr. 4) a na rozdíl od výsledků modelování, které ukazují zvýšený přítok pro nízkou salinitu v regálu9, byla salinita na polici v roce 2013 vyšší o ∼0,05 ve srovnání s rokem 2011 (obr. 4d, e). Relativní význam těchto faktorů a zatížení větrem na meziroční variabilitu teplého přítoku jsou ponechány jako výzva pro vznikající komunitu regionálních modelů s vysokým rozlišením, aby se oddělily.

transport tepla a přístup teplé vody do dutiny

horní mez přenosu tepla směrem na jih se získá za použití střední rychlosti a maximální teploty a tloušťky vrstvy pozorované v MNORTHU. Za předpokladu, že šířka přítoku sahá od MNORTHU k pobřeží (100 km), je horní mezní tepelný tok 1,6 TW během období přítoku (nebo 0,7 TW, pokud je v průměru za rok). Jedná se o podstatný, geofyzikálně významný tok tepla, dostatečný k roztavení 70 km3 nebo 65 Gton ledu ročně, nebo asi polovina fris bazální hmotnosti26.

průvan na ledové frontě je 400-450 m (ref. 27) zatímco teplá voda je pozorována až do 500 m na Msouth. Pokud by se část z nich dostala do ledové šelfové dutiny, byla by schopna navázat kontakt s 20% základny FIS. Střední proud v MSOUTH (hloubka 500 m) je však směrován na sever, od ledové fronty, a to jak v období, kdy je v místě pozorována teplá voda, tak i při teplotách pod bodem mrazu. Jižní tok teplé vody pravděpodobně leží nad mělčími isobaty na východ od MSOUTHU.

zde uvedené údaje neodhalují, do jaké míry teplá voda proniká do dutiny ledové police. Relativně silné přílivové proudy napříč ledovou frontou pozorované v MSOUTH (0,15 m s-1) naznačují, že teplá voda přítomná na ledové frontě může dosáhnout několika km do dutiny, což zvyšuje bazální tání v čelní oblasti28. Nezávislé důkazy naznačují, že rychlost tání v čelní oblasti může být podstatná29; bazální tání v nejvzdálenějších 100 km FRIS představuje 40% celkové tání pod ledovou polici26. Oteplování a hejno jádra teplé vody pozorované od roku 1980 (ref . 30) pravděpodobně ovlivnily frekvenci a obsah tepla Pulzů teplé vody dosahujících FIS. Časové řady ledových polic s vysokým rozlišením ukazují na východní straně fronty FIS v letech 1995 až 2012 ztenčení (refs 1, 7), zatímco celá FRIS získala hmotnost během stejného období1.

pozoruhodné změny, které se předpokládají v dutině FRIS během příštího století-zvýšení teploty vody v dutině ledového šelfu o 2 °C a 20násobné zvýšení bazálních tavenin8-budou mít důsledky nejen pro přítoky ledových toků a zvýšení hladiny moře, ale také pro hydrografii v oblasti, o které je známo, že produkuje velkou část antarktické Spodní Vody31. Ukazujeme, že mechanismus zodpovědný za dramatické změny v ref. 8-přesměrování pobřežního proudu-je realistické, i když důležité fyzické procesy v malém měřítku nejsou v jejich hrubém modelu správně vyřešeny. Podmínky větru a ledu v roce 2013 byly neobvyklé, ale ne extrémní, a je pravděpodobné, že teplá voda občas dosáhla fronty FIS v jiných letech, kdy nejsou k dispozici pozorování. Naše pozorování zdůrazňují nutnost trvalého sledování toku ve FD.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.