Filchner-Ronnen jäähyllyn havaittu haavoittuvuus Tuulen vetämälle lämpimän syväveden virtaukselle

lämpimän veden virtaukselle Filchnerin jäähyllyn edustalla

kaksi merentutkimuslaitosta, MNORTH ja MSOUTH, juoksi tammikuussa 2013-2014 FD: n itäisellä sivustalla 77°s: ssa (500 m syvyys) ja 78°S (700 m syvyys), ja kirjataan saapuminen pulssi lämmintä vettä (Kuva. 2 A, c). Lämmin vesi on WDW: n ja pintaveden seosta, ja se on kylmempää kuin hyllyltä löytynyt WDW. Lämmin pulssi saavuttaa MNORTHIN tammikuun puolivälissä, jolloin se havaittiin 350 metrin syvyydessä 100 metrin paksuisen ISW-kerroksen yläpuolella. Ensimmäinen, satunnainen lämpimän veden saapuminen FIS: n rintamalle (MSOUTH) tapahtuu maaliskuun alussa, ja kuun lopusta on pysyvämpi ja syvempi läsnäolo. 8. huhtikuuta lämmin kerros syvenee yhtäkkiä 450 metriin, jota seuraa toinen syveneminen 500 metriin 1 viikkoa myöhemmin. Lämpimän sisäänvirtauksen ominaisuudet heikkenevät hitaasti, ja toukokuusta lähtien lämpötila kiinnityspaikalla on jälleen pinnan jäätymispisteessä tai sen alapuolella. Lämmintä vettä on MNORTHISSA kesäkuun alkuun asti.

kuva 2: havainnot vuonna 2013.
kuva2

lämpötilan ja virtavektorien ääriviivat (30 päivän alavire) at (a-c) MNORTH ja (b–d) MSOUTH. Anturin syvyydet (lämpötila) on merkitty oikealla akselilla ja -1,7 °C isoterm rajaamalla muunneltu lämmin syvä vesi on korostettu. (e) pitkin kaltevuus nykyinen mnorth, ja tuuli havaittu Halley pitkin päätuulen akselin (menetelmät osa). Positiiviset arvot viittaavat pohjoiseen virtaavaan ja lounaaseen (eli luoteeseen) puhaltavaan tuuleen. Huomaa, että tuulen akseli on päinvastainen. Katkoviivat A: ssa ja C: ssä merkitsevät syvyyttä B: ssä,d: ssä ja e: ssä näytetyille virtausmittauksille sekä tekstissä käsiteltyjen nykyisten havaintojen ajanjaksolle, harmaat viivat a: ssa ja c: ssä osoittavat merenpohjan syvyyden ja mustat neliöt E: ssä merkitsevät near gale-tuulten jaksoja ennen maaliskuuta.

kaikki saatavilla olevat lämpötila-ja suolapitoisuusprofiilit FIS: n edestä on esitetty kuvassa. 3, mikä osoittaa, että jään rintamalla ei ole aiemmin havaittu WDW: tä. Tällä alueella havaintoja laivoista tehdään vain kesäisin (tammikuusta maaliskuun alkuun), todennäköisesti liian aikaisin vuodenaikaan, jotta lämmin vesi olisi saapunut jäärintamalle. Helmikuusta syyskuuhun 2011, kuitenkin, joukko merentutkimuksen profiileja kerättiin ahkera Weddell Seal lähellä MSOUTH (ref. 18). Profiileista käy ilmi, että vuoden 2011 aikana sill13: n kohdalla ollut lämmin puhallus ei yllä FIS: n kärkeen. Lämmintä vettä korkeammalla vesipatsaassa havaittiin jäärintaman lähellä maaliskuussa 2011 (ref. 18) (ja myös aiemminkin 16), mutta tämä on suhteellisen tuoretta pintavettä, jota auringon säteily lämmittää kesäisin, ja se on liian matala päästäkseen jäähyllyn onteloon.

kuva 3: historiallisia havaintoja Filchnerin jäärintamalta.
kuva3

(a) MSOUTHIN 375 metrin syvyydestä vuonna 2013 saadut tiedot (punaiset pisteet) ja filchnerin jäärintaman hydrografiset profiilit, jotka weddellinhylje keräsi helmi-lokakuussa 2011 (mustat pisteet) ja laivalla (77,5 S: n eteläpuolella) kesinä 1973-2013 (harmaat pisteet). Mukana on vain tietoja yli 200 metrin syvyyksistä. Dashed, merkitty linjat osoittavat isopycnals viitataan pinnan paine ja musta viiva osoittaa pinnan jäätymispiste. Alueella Havaittujen vesimassojen likimääräiset θ/S-ominaisuudet ilmoitetaan: Etelämantereen pintavesi (ASW); itäinen hyllyvesi (ESW); korkea suolapitoisuus (hssw); Jäähyllyvesi (ISW); muunneltu lämmin Syvävesi (MWDW); talvivesi (WW). Hyllyltä löytyvä WDW on s≈34.65, θ≈0.5 ja on asteikon ulkopuolella. (b) kartta, joka näyttää MSOUTHIN (punainen tähti) ja CTD-profiilien (värillisiä pisteitä) sijainnin. (C) histogrammi, joka osoittaa aluksen (harmaa) ja sinetin (musta) CTD-profiilien aikajakauman. Punainen viiva kertoo MSOUTHIN ennätyksen keston. Ajanjakso, jolloin msouthissa havaittiin modifioitua WDW: tä, on merkitty punaisella.

Tuulen ohjaama rannikkovirta

FD: n kautta kulkeva lämmin virtaus, joka johtaa ref: n ennusteissa tyvisulanopeuksien dramaattiseen kasvuun. 8 johtuu eteläistä Weddellinmeren rannikkoa pitkin länteen virtaavan rannikkovirran suuntauksesta (Kuva. 1). FD: n yläjuoksulla rannikkovirta yhdistyy Etelämantereen rinteiden Etuvirtaan ja sillä on voimakas barotrooppinen komponentti19, jonka vallitsevat itätuulet perustavat (täydentävä Kuva. 1a) ja rannikkoa kohti yhtyvän Ekmanin liikenteen. Kun mannerjalusta laajenee 27 ° W, rannikkovirtaus bifurkoituu: sisempi haara seuraa rannikkoa 6 ja ulompi haara jatkuu mannerjalustaa break20 pitkin.

mnorthissa havaitut virtaukset viittaavat siihen, että virta bifurkoituu toistamiseen: kun se saavuttaa FD: n eriävät isobolut, osa virrasta ohjautuu etelään pitkin painauman Itäistä sivustaa kuljettaen kesän hyllytauolla olevaa lämmintä vettä kohti FIS: n rintamaa. Mnorthissa havaittu etelään suuntautuva virtaus on hyvin vaihtelevaa ja siihen vaikuttaa voimakkaasti esimerkiksi läheisellä Halleyn tutkimusasemalla havaittu yläjuoksun rannikkotuuli (Fig. 2e, täydentäviä viikunoita 1-2). Voimakkaan tuulen jaksoina esimerkiksi huhtikuussa ja kesäkuun alussa (täydentävä Kuva. 1b), mnorthin eteläinen virta ylittää 0,15 m s−1, Kun keskiarvo on 0,03–0,04 m s−1. Tuulen ja virran välinen 16 h-viive (r=-0,47, p<0,01) vastaa tyypillistä 0,5–1: n viivettä.0 päivää havaittu muilla alueilla, joilla esiintyy suoraan pakotettuja Tuulen kuljettamia rinnevirtauksia21, 22.

voimakkaiden itätuulten vaikutus on näin ollen kaksijakoinen ja riippuu tarkasteltavasta aikaskaalasta: pidemmillä (kuukausittaisilla) aikaskaaloilla se laskee termokliinin mannerrinteen yläpuolelle ja sulkee lämpimän veden virtauksen kohti mannerjalustaa. Lyhyemmällä (päivittäisellä) aikajänteellä se vahvistaa rannikkovirtaa ja tehostaa hyllyllä olevan lämpimän veden kuljetusta etelään. Barokliinivaste eli pyknokliinin painuminen riippuu siis keskituulesta, kun taas barokliinivirran vaste heijastaa ilmakehän pakotuksen vuorokautista vaihtelua. Yleensä heikkojen itätuulten yhdistelmä, joka johtaisi pyknokliinin rentoutumiseen, keskeyttäisi lyhyet ja voimakkaat tuulitapahtumat ja synnyttäisi voimakkaita barotrooppisia virtauksia, mahdollistaisi lämpimän veden pääsyn FIS: n rintamaan.

lämmin vesi vuosina 2011 ja 2013

erot Tuulen pakottamisessa voivat selittää vuosien 2011 ja 2013 havaintojen eroja. Marras-joulukuun keskituulirasitus oli heikompi (Kuva. 4a) vuonna 2013 kuin vuonna 2011. Samaan aikaan tuuli oli vaihtelevampi vuonna 2013 (kuva. 4b, täydentävä Kuva. 3 ja lisähuomautus 1): Halleyssa oli tammi–helmikuussa 2013 kolme läheltä piti-tuulta, mutta vuonna 2011 ei yhtäkään. Vuoden 2013 heikot tuulet mahdollistivat mahdollisesti matalan termokliinin ja alkukesän suuren lämpimän ilmavirtauksen, jota Tuulen vetämät virtaukset sitten suuntasivat etelään ja saavuttivat FIS: n rintaman noin 350 kilometriä etelään noin 3 kuukautta myöhemmin. Rinteiden yläpuolinen esivakiointi ja termokliinin mataloituminen kevään ja alkukesän aikana on todennäköisesti tärkein tekijä, mikä mahdollistaa barotrooppisten virtojen ja pyörremyrskyjen 23 kuljettaman lämpimän veden mannerjalustalle.

Kuva 4: vuosien 2011 ja 2013 Vertailu.
kuva4

Boksilokerot, jotka kuvaavat kuukausittaista keskiarvoa (a) Tuulen rasitusta ja (b) Tuulen varianssia Halleyn päätuuliakselin suuntaisesti (KS.kohta f ja menetelmät). Kussakin ruudussa on 25. ja 75. prosenttipiste (edges) sekä mediaani 36 vuoden ajalta (1978-2014). Viikset osoittavat tietojen vaihteluvälin, kun poikkeamat (musta) jätetään pois laskuista. Vuoden 2011 arvot on merkitty sinisellä ja vuoden 2013 arvot punaisella. c)merijään keskimääräinen pitoisuus (viite 33) Filchnerin alueella (74-78° s, 25-45° W, katkoviivat) ja Rinteen alueella yläjuoksulla (11-25° W, matalampi kuin 3 500 m). Boxplots jään pitoisuus on esitetty täydentävässä Kuvassa. 4. Hylkeiden (sininen) ja aluksesta (vaaleansininen) ja aluksesta vuonna 2013 (punainen) MANNERJALUSTALTA FD: n itäpuolella vuonna 2011 saamat d) potentiaalilämpötilan ja e) suolapitoisuuden profiilit. Mukana ovat vain ennen 31.Maaliskuuta vuosittain kerätyt profiilit. Ohut harmaa viiva E: ssä osoittaa suolaisuuden 400 metrin syvyydessä mnorthissa austral-talven loppupuolella (elokuu, 2013). F) kartta, jossa esitetään CTD-profiilien sijainti (värilliset pisteet), rajat (mustat viivat) niiden ruutujen osalta, joita käytetään laskettaessa C) Halleyn (musta neliö) ja päätuulen akselin (musta nuoli) sijaintia.

sisäänvirtausdynamiikkaan ja termokliinisyvyyteen vaikuttavat useat tekijät, kuten muuttuva tuore pintakerros, joka johtuu kesäisestä merijään sulamisesta24,merijään keskittymisestä8, hyllysuolaisuudesta9, 25 sekä ISW: n kierron ja ominaisuuksien vaihtelusta FD: ssä vuosittain. Merijääolosuhteet alueella poikkesivat suuresti 2 vuoden välillä(Kuva. 4c ja täydentävä Kuva. 4) ja toisin kuin mallintamistulokset, jotka osoittavat lisääntynyttä sisäänvirtausta low shelf salinity9, suolapitoisuus hyllyllä oli korkeampi ∼0,05 vuonna 2013 verrattuna 2011 (kuva. 4d, e). Näiden tekijöiden suhteellinen merkitys ja tuulen aiheuttama stressi lämpimän sisäänvirtauksen vuosittaiseen vaihteluun ovat haaste korkean resoluution alueellisten mallien kehittyvälle yhteisölle.

Lämmönkuljetus ja lämpimän veden pääsy onkaloon

etelään suuntautuvan lämmönkuljetuksen yläraja saadaan käyttämällä mnorthissa havaittua keskimääräistä nopeutta ja suurinta lämpötilaa ja kerroksen paksuutta. Olettaen, että sisäänvirtausleveys ulottuu MNORTHISTA rannikolle (100 km), ylempi lämpövirta on 1,6 TW sisäänvirtausjakson aikana (tai 0,7 TW, kun keskiarvo lasketaan vuoden aikana). Tämä on merkittävä, geofyysisesti merkittävä lämpövirta, joka riittää sulattamaan 70 km3 eli 65 Gton jäätä vuodessa eli noin puolet FRIS: n perusbudjetista 26.

syväys jäärintamalla on 400-450 metriä (ref. 27)kun lämmin vesi havaitaan alas 500 m Msouth. Jos osa siitä joutuisi jäähyllyn onkaloon, se pääsisi kosketuksiin ∼20%: n FIS: n base27: n kanssa. MSOUTHIN keskivirta (syvyys 500 m) suuntautuu kuitenkin pohjoiseen, pois jäärintamasta sekä silloin, kun paikalla havaitaan lämmintä vettä, että silloin, kun lämpötila on pakkasen puolella. Lämpimän veden virtaus etelään sijaitsee oletettavasti matalampien isobaattien yläpuolella MSOUTHIN itäpuolella.

tässä esitetyt tiedot eivät paljasta, missä määrin lämmin vesi tunkeutuu jäähyllyn onteloon. Msouthissa (0,15 m s−1) havaitut suhteellisen voimakkaat jäänrintaman vuorovesivirrat viittaavat siihen, että jäänrintamalla oleva lämmin vesi voi ulottua useita kilometrejä onteloon, mikä parantaa tyvipinnan sulamista etuosassa 28. Riippumattomat todisteet viittaavat siihen, että otsan alueen sulamisnopeudet voivat olla huomattavia29; uloimman FRIS-järjestelmän 100 kilometrin tyvisulatuksen osuus on 40 prosenttia jäähyllyn alapuolella olevasta kokonaissulasta 26. 1980-luvulta lähtien havaittu lämpimän veden ytimen lämpeneminen ja mataloituminen (ref. 30) ovat todennäköisesti vaikuttaneet FIS: ään saapuvien lämpimien vesipulssien taajuuteen ja lämpösisältöön. Jäähyllyn paksuuden korkearesoluutioiset aikasarjat osoittavat FIS: n rintaman itäpuolen ohentumista vuosina 1995-2012 (viite 1, 7), kun taas koko FRIS: n massa kasvoi samana ajanjaksona1.

ne huomattavat muutokset, joita FRIS—onkalossa ennustetaan tapahtuvan seuraavan vuosisadan aikana-veden lämpötilan 2 °C: n nousu jäähyllyn ontelossa ja tyvisulamisen 20-kertainen8—vaikuttavat paitsi sivujokien jäävirtoihin ja merenpinnan nousuun myös hydrografiaan alueella, jonka tiedetään tuottavan suuren osan Etelämantereen Pohjavesistä31. Osoitamme, että mekanismi vastuussa dramaattisista muutoksista ref. 8-rannikkovirran uudelleenohjaus-on realistinen, vaikka tärkeitä pienimuotoisia fysikaalisia prosesseja ei kyetä ratkaisemaan oikein karkeassa mallissaan. Vuoden 2013 tuuli-ja jääolosuhteet olivat poikkeukselliset, mutta eivät äärimmäiset, ja on todennäköistä, että lämmintä vettä on tullut silloin tällöin FIS: n rintamaan muina vuosina, jolloin havaintoja ei ole. Huomautuksissamme korostetaan tarvetta jatkaa FD: n virtausten seurantaa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.