Filchner-Ronne棚氷の観測による暖かい深層水の風による流入への脆弱性

Filchner棚氷前線

2つの海洋学的係留、MNORTHとMSOUTHは、2013年から2014年の1月にかけて、FDの東側側面で南緯77度(500m)で観測された。深さ)および78°S(深さ700m)、および暖かい水のパルスの到着を記録した(図。 2a、c)。 暖かい水はWDWと地表水の混合物であり、棚から見つかったWDWよりも寒いです。 暖かいパルスは月中旬にMNORTHに達し、ISWの厚さ350mの層の上の深さ100mで観測された。 FISフロント(MSOUTH)での暖かい水の最初の、散発的な到着は、月の終わりからより永続的でより深い存在で月の初めに発生します。 4月8日には450mまで急激に暖層が深まり、1週間後には500mまで深まります。 暖かい流入の特性はゆっくりと侵食され、5月以降、係留場所の温度は再び表面凝固点以下になります。 暖かい水は月の初めまでMNORTHに存在しています。

図2:2013年の観測値。
図2

(a-c)MNORTHおよび(b–d)MSOUTHにおける温度および電流ベクトル(後者の30日低通過)の等高線。 センサーの深さ(温度)は右の軸線で示され、変更された暖かい深海を描写する-1.7°c等温線は強調される。 (e)MNORTHの斜面電流に沿って、および主要な風軸に沿ってハレーで観測された風(方法のセクション)。 正の値は、それぞれ北向きの現在と南西(つまり北西)の風を示します。 風の軸が逆になっていることに注意してください。 Aとcの破線は、b、d、eに表示される電流測定の深さを示し、テキストで議論されている電流観測の期間を示し、aとcの灰色の線は海底の深さを示し、eの黒い四角は、月の前に近い強風のエピソードを示している。

FISの前部からのすべての利用できる温度および塩分のプロフィールは図に示されています。 図3に示すように、氷面ではWDWが以前に観測されていないことを示している。 この地域では、船からの観測は夏(1月から3月上旬)にのみ行われ、暖かい水が氷の前線に到着するには時期尚早である可能性があります。 しかし、2011年から2011年にかけて、MSOUTHのすぐ近くにある勤勉なWeddell Sealによって海洋プロファイルのセットが収集されました(ref. 18). プロファイルは、2011年の間に暖かい流入が、sill13に存在している間、FISの前面に到達しないことを示しています。 2011年3月には氷前線付近で水柱の高い温水が観測されました(ref. 18)(そして以前も16)しかし、これは夏の間に太陽放射によって加熱された比較的新鮮な地表水であり、棚氷の空洞にアクセスするには浅すぎる。

図3:フィルヒナー氷前線からの歴史的観測。
図3

(a)MSOUTHからのデータ375mの深さ2013(赤い点)とフィルヒナー氷のフロントからの水路プロファイル2011(黒い点)と船によって収集(南77.5S)夏の間に1973-2013(灰色の点). 200mを超える深さからのデータのみが含まれています。 破線のラベルの付いた線は、表面圧力を基準とする等量を示し、黒い線は表面凝固点を示しています。 この地域で見つかった水塊のおおよそのπ/S特性が示されています: 南極表層水(ASW);東の棚水(ESW);高塩分棚水(HSSW);氷棚水(ISW);変更された暖かい深海水(MWDW);冬の水(WW)。 棚から見つかったWDWはS≈34.65、0 0.5であり、スケールから外れています。 (b)MSOUTH(赤い星)とCTDプロファイル(色付きの点)の位置を示す地図。 (c)船(灰色)およびシール(黒)CTDのプロフィールの時間的な配分を示すヒストグラム。 赤い線は、MSOUTHレコードの期間を示します。 MSOUTHで修正されたWDWが観察された期間は赤でマークされています。

風による沿岸電流

FDを通る暖かい流入は、参考文献の予測で基礎融解速度の劇的な増加につながる。 図8は、ウェッデル海の南岸に沿って西に流れる沿岸流のリダイレクトによって引き起こされます(図。 1). FDの上流では、沿岸流は南極斜面前流と合流し、卓越した東風によって設定される強い気圧成分19を持っています(補足図)。 1a)と海岸に向かって収束するエクマン輸送。 大陸棚が27°Wで広がると、沿岸流が分岐し、内側の枝は海岸6に続き、外側の枝は大陸棚break20に沿って続く。

MNORTHで観測された電流は、電流が二度目に分岐することを示唆している:FDの発散アイソバスに到達すると、電流の一部が窪みの東フランクに沿って南 MNORTHで観測された南向きの流れは非常に可変であり、例えば近くのハレー研究ステーションで観測された上流の海岸沿いの風の影響を強く受けています(Fig. 図2e、補足図1-2)。 例えば、月に強い風のエピソードの間に、そして月の初めに(補足図。 1b)、MNORTHの南向きの流れは0.15m s−1を、0.03–0.04m s−1の平均値と比較して超過します。 風と電流の間の16hラグ(r=-0.47,p<0.01)は、0.5–1の典型的なラグと一致します。直接強制的な風による斜面流が見られる他の地域で観察された0日21、22。

このように、強い東風の影響は二重であり、考慮される時間スケールに依存する:より長い(毎月の)時間スケールでは、大陸斜面の上の水温躍層を抑制し、大陸棚への暖かい水の流入を遮断する。 より短い(毎日の)時間スケールで、それは沿岸流れを増強し、棚で利用できる暖かい水の南向き輸送を高める。 圧圧応答,すなわちピクノクリンの降下は平均風に依存し,圧圧電流の応答は大気強制の日々の変動を反映している。 一般的に弱い東風の組み合わせは、pycnoclineの緩和につながり、短くて強い風のイベントによって中断され、強い気圧電流を設定し、暖かい水がFIS前線に到達す

2011年と2013年の暖かい水

風の強さの違いは、2011年と2013年の観測の違いを説明することができます。 11月から12月の平均風圧は弱かった(図1)。 2013年より2011年まで放送されていた。 同時に、2013年には風がより変化しました(図。 図4B、補足図4B、補足図4B。 3および補足注1):2013年のハレーでは、2011年の同じ期間には何もなく、近くの強風のエピソードがありました。 2013年の弱い風は、潜在的に浅い水温躍層と初夏の間に大きな暖かい流入を可能にし、その後、風によって駆動される流れによって南に移流され、約350km南に約3ヶ月後にFIS前線に到達した。 春から初夏の間の斜面の上の前提条件と水温躍層の浅瀬は、おそらく最も重要な要因であり、気圧流と渦交換23が大陸棚に暖かい水を輸送することを可能にする。

図4:2011年と2013年の比較。
図4

毎月の平均(a)風の応力と(b)ハレーからの主要な風軸に沿った風の分散の箱ひげ図(fと方法のセクションを参照)。 各ボックスには、25番目と75番目の百分位数(エッジ)と36年間のデータの中央値(1978年から2014年)が表示されます。 外れ値(黒)を除外した場合、ひげはデータの範囲を示します。 2011年の値は青で表示され、2013年の値は赤で表示されます。 (c)平均海氷濃度(ref. 33)フィルヒナー領域(74-78°S、25-45°W、破線)および上流の斜面領域(11-25°W、3,500mより浅い)から。 氷濃度の箱ひげ図は、補足図に示されている。 4. 2011年にseals(青)およびship(水色)および2013年のship(赤)によってFDの東の大陸棚で得られた(d)潜在的な温度および(e)塩分のプロフィール。 毎年3月31日までに収集されたプロフィールのみが含まれています。 Eの薄い灰色の線は、オーストリアの冬(August、2013)の終わりに向かってMNORTHの深さ400mの塩分を示しています。 (f)CTDプロファイルの位置(色付きの点)、(c)ハレーの位置(黒い四角)、主風軸(黒い矢印)に示す氷の濃度を計算する際に使用されるボックスの境界(黒い線)を示すマッ

流入ダイナミクスと水温躍層の深さは、夏の海氷融解24、海氷濃縮8、棚塩分9、25、FD内のISWの循環と特性の年間変動による可変新鮮な表面層の存在を含むいくつかの要因によって影響される。 この地域の海氷の状態は、2年の間に大きく異なっていた(図。 図4cおよび補足図4cおよび補足図4c。 4)そして、低い棚の塩分のための増加した流入を示すモデル化の結果とは対照的に9、棚の塩分は∼0.05 2013年に2011年と比較して高かった(図。 4d、e)。 これらの要因の相対的な重要性と暖かい流入の年ごとの変動に対する風のストレスは、高解像度の地域モデルの新興コミュニティが解消するための課題として残されている。

熱輸送とキャビティへの温水アクセス

MNORTHで観測された平均速度と最高温度と層厚を用いて、南向きの熱輸送の上限が得られます。 流入幅がMNORTHから海岸(100km)まで伸びると仮定すると、流入期間中の上限熱流束は1.6TW(または年間平均した場合は0.7TW)である。 これは実質的で地球物理的に重要な熱の流れであり、毎年70km3または65Gtonの氷を溶かすのに十分であり、FRISの基礎質量予算の約半分26である。

氷面の喫水は400-450m(ref. 27)暖かい水がMsouthで500メートルまで観察されている間。 そのうちのいくつかが棚氷の空洞に入ると、FIS base27の≥20%と接触することができます。 しかし、MSOUTH(深さ500m)の平均電流は、その場所で暖かい水が観察される期間と温度が氷点下にある期間の両方で、氷の前線から北に向けられています。 南への暖かい水の流れは、おそらくMSOUTHの東に浅いisobathsの上にあります。

ここに提示されたデータは、暖かい水が棚氷の空洞にどの程度浸透するかを明らかにしていません。 MSOUTH(0.15m s−1)で観測された氷の前面の潮流を横切って比較的強いことは、氷の前面に存在する暖かい水が空洞に数kmに達することができ、前頭領域28の基底融解を促進することを示唆している。 独立した証拠は、正面領域の融解速度が実質的であることを示唆している29;FRISの最も外側の100kmの基礎融解は、氷棚の下の全融解の40%を占めている26。 1980年代以降に観測された温水コアの温暖化と浅瀬(ref. 図30)は、FISに到達する温水パルスの周波数および熱content有量に影響を与えている可能性が高い。 高解像度の時系列の棚氷の厚さは、1995年から2012年の間にFIS前線の東側で薄くなっていることを示しています(refs1、7)。

氷棚空洞内の水温が2℃上昇し、基礎融解率が20倍に上昇するなど、次の世紀にフリス空洞で起こると予測されている顕著な変化8は、支流の氷流や海面上昇だけでなく、南極底水の大部分を生産することが知られている地域の水路学にも影響を与える31。 我々は、refの劇的な変化の原因となるメカニズムを示しています。 8—沿岸電流のリダイレクト-は現実的ですが、重要な小規模の物理的プロセスは粗いモデルでは正しく解決されません。 2013年の風と氷の状態は珍しいが極端ではなく、観測が利用できない他の年には暖かい水がFIS前線に達することがある可能性が高い。 我々の観測は、FD内の流れの継続的なモニタリングの必要性を強調している。

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