Observados vulnerabilidade de Filchner-Ronne plataforma de Gelo de vento-driven influxo das quentes águas profundas

água Quente no Filchner de Gelo Prateleira de frente

Duas amarrações oceanográficas, MNORTH e MSOUTH, correu a partir de janeiro de 2013-2014 no flanco oriental da FD 77°S (500 m de profundidade) e 78°S (700 m de profundidade), e registraram a chegada de um pulso de água quente (Fig. 2a, c). A água morna é uma mistura de WDW e água de superfície, e é mais frio do que o WDW encontrado na prateleira. O pulso quente atinge MNORTH em meados de janeiro, quando foi observado a 350 m de profundidade acima de uma camada de 100 m de espessura de ISW. A primeira chegada esporádica de água morna na frente FIS (MSOUTH) ocorre no início de Março com uma presença mais persistente e profunda a partir do final do mês. Em 8 de abril, a camada quente de repente se aprofunda para 450 m, seguida por um segundo aprofundamento para 500 m 1 semana depois. As propriedades do influxo quente corroem lentamente e, a partir de Maio, a temperatura no local de amarração é novamente no ponto de congelamento da superfície ou abaixo dela. A água morna está presente em MNORTH até o início de junho.

Figura 2: observações em 2013.
a figura2

Contornos de temperatura e corrente de vetores (últimos 30 dias passa-baixo) no (a–c) MNORTH e (b–d) MSOUTH. As profundidades do sensor (temperatura) são indicadas no eixo Direito e a isoterma de -1,7 °C que delineia a água profunda morna modificada é destacada. (e) ao longo da Corrente de inclinação em MNORTH, e vento observado em Halley ao longo do eixo do vento principal (seção Métodos). Valores positivos indicam corrente para o norte e vento para o sudoeste (isto é, noroeste), respectivamente. Observe que o eixo do vento está invertido. As linhas tracejadas em a e c marca a profundidade das correntes medidas apresentadas em b,d e e, e o período atual de observações discutidas no texto, o cinza linhas a e c apresentam o mar chão-de-profundidade e o preto praças e marcar os episódios de perto gale ventos antes de Março.

todos os perfis de temperatura e salinidade disponíveis na frente do FIS são mostrados na Fig. 3, indicando que nenhum WDW foi observado anteriormente na frente do gelo. Nesta área, as observações dos navios são feitas apenas durante o verão (de Janeiro a início de Março), provavelmente muito cedo na temporada para que a água morna tenha chegado à frente do gelo. De fevereiro a setembro de 2011, no entanto, um conjunto de perfis oceanográficos foi coletado por um diligente selo Weddell nas proximidades de MSOUTH (ref. 18). Os perfis mostram que durante 2011 O influxo quente, enquanto presente no sill13, não chega à frente do FIS. Água morna mais alta na coluna de água foi observada perto da frente de gelo em Março de 2011 (ref. 18) (e também anteriormente16), mas esta é uma água superficial relativamente fresca aquecida pela radiação solar durante o verão, e é muito rasa para acessar a cavidade da plataforma de gelo.

Figura 3: observações históricas da frente de gelo Filchner.
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(a) Dados de MSOUTH 375 m de profundidade em 2013 (pontos vermelhos) e hidrografia perfis de Filchner gelo frente recolhidos através de um selo de Weddell em fevereiro a outubro de 2011 (pontos pretos) e por navio (sul de 77,5 S) durante o verão 1973-2013 (cinza pontos). Apenas dados de profundidades superiores a 200 m estão incluídos. As linhas tracejadas e rotuladas mostram isopicnais referenciados à pressão da superfície e a linha preta mostra o ponto de congelamento da superfície. As propriedades aproximadas θ/S das massas de água encontradas na região são indicadas: Água de superfície Antártica( ASW); água de prateleira Oriental (ESW); água de prateleira de alta salinidade (HSSW); Água De Prateleira De Gelo (ISW); água profunda morna modificada (MWDW); água de Inverno (WW). O WDW encontrado na prateleira tem s≈34,65, θ≈0,5 e está fora da escala. (B) mapa mostrando a localização dos perfis MSOUTH (Estrela Vermelha) e CTD (pontos coloridos). (c) histograma mostrando a distribuição temporal dos perfis CTD do navio (cinza) e do selo (preto). A linha vermelha indica a duração do registro MSOUTH. O período em que a WDW modificada foi observada em MSOUTH é marcado em vermelho.

a corrente costeira impulsionada pelo vento

o influxo quente através do FD que leva ao aumento dramático nas taxas de fusão basal nas previsões em ref. 8 é causado por um redirecionamento da corrente costeira que flui para o oeste ao longo da costa sul do mar de Weddell (Fig. 1). A montante do FD, A corrente costeira é fundida com a corrente dianteira da Encosta Antártica e tem um forte componente barotrópico19 que é estabelecido pelos ventos Orientais predominantes (Fig. 1a) e o transporte Ekman que converge em direção à costa. Quando a plataforma continental se alarga a 27 ° W, A corrente costeira se bifurca: o ramo interno segue a costa6 e o ramo externo continua ao longo da plataforma continental break20.

as correntes observadas em MNORTH sugerem que a corrente bifurca uma segunda vez: ao atingir as isobatas divergentes do FD, parte da corrente é desviada para o sul ao longo do flanco leste da depressão, transportando a água morna presente no intervalo da prateleira durante o verão em direção à frente do FIS. O fluxo observado para o sul em MNORTH é altamente variável e fortemente afetado pelo vento ascendente ao longo da Costa observado, por exemplo, na estação de pesquisa Halley próxima (Fig. 2e, Figs suplementares 1-2). Durante episódios de vento forte, por exemplo, em abril e no início de junho (Fig. 1B), A corrente para o sul em MNORTH excede 0,15 m s−1, em comparação com o valor médio de 0,03–0,04 m s−1. O 16 h-lag (r=-0,47, p<0,01) entre o vento e a corrente concorda com o lag típico de 0,5–1.0 dias observados em outras regiões onde correntes de declive movidas pelo vento diretamente forçadas são encontradas21, 22.

o efeito dos fortes ventos de leste é, portanto, duplo e depende da escala de tempo considerada: em escalas de tempo mais longas (mensais), deprime a termoclina acima da encosta continental, desligando o influxo de água morna em direção à plataforma continental. Em escalas de tempo mais curtas (diárias), fortalece a corrente costeira e aumenta o transporte para o sul de água morna disponível na prateleira. A resposta baroclínica, ou seja, a depressão da picnoclina, depende assim do vento médio, enquanto a resposta da corrente barotrópica reflete a variabilidade do dia a dia no forçamento atmosférico. Uma combinação de ventos de Leste geralmente fracos, levando a um relaxamento da picnoclina, interrompido por eventos de vento curtos e intensos, estabelecendo fortes correntes barotrópicas, permitiria que a água morna chegasse à frente do FIS.

água quente em 2011 e 2013

diferenças no forçamento do vento podem explicar as diferenças nas observações entre 2011 e 2013. O estresse médio do vento em novembro-dezembro foi mais fraco (Fig. 4a) em 2013 do que em 2011. Ao mesmo tempo, o vento foi mais variável em 2013 (Fig. 4B, suplementar Fig. 3 e Nota complementar 1): houve três episódios de near gale winds em Halley durante Janeiro-Fevereiro de 2013, SEM NENHUM durante o mesmo período em 2011. Os ventos fracos em 2013 potencialmente permitiram uma termoclina rasa e um grande influxo quente durante o início do verão que então foi advectado para o sul pelas correntes movidas pelo vento, atingindo a frente FIS cerca de 350 km ao sul cerca de 3 meses depois. O pré-condicionamento acima da inclinação e o cardume da termoclina durante a primavera e o início do verão é provavelmente o fator mais importante, permitindo que a corrente barotrópica e as trocas de redemoinhos transportem água morna para a plataforma continental.

Figura 4: comparação do ano de 2011 e 2013.
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Boxplots da média mensal (a) vento estresse e (b) variação do vento ao longo das principais vento eixo de Halley (ver f e Métodos de seção). Cada caixa mostra o percentil 25 e 75 (arestas) e a mediana ao longo de 36 anos de dados (1978-2014). Os bigodes mostram o intervalo dos dados, ao excluir outliers (preto). Os valores de 2011 são mostrados em azul e os valores de 2013 em vermelho. C) Concentração média de gelo marinho (ref. 33) na região de Filchner (74-78° S, 25-45° W, linhas tracejadas) e da região de declive a montante (11-25° W, mais rasa que 3.500 m). Boxplots para a concentração de gelo são mostrados na Fig suplementar. 4. Perfis de (d) temperatura potencial e (e) salinidade obtidos na plataforma continental a leste do FD em 2011 por selos (azul) e do navio (azul claro) e do navio em 2013 (vermelho). Apenas perfis coletados antes 31 Março de cada ano estão incluídos. A fina linha cinza em e mostra a salinidade a 400 m de profundidade em MNORTH no final do inverno austral (agosto de 2013). (f) mapa mostrando a localização dos perfis CTD (pontos coloridos), os limites (linhas pretas) para as caixas usadas ao calcular a concentração de gelo mostrada em (c) a posição de Halley (quadrado preto) e o eixo do vento principal (seta preta).

A entrada dinâmica e a profundidade da termoclina são influenciados por vários fatores, incluindo a presença de uma variável fresca camada superficial, devido ao verão, o mar de gelo melt24, o mar de gelo concentração8, prateleira salinity9,25 e a variabilidade inter-anual da circulação e propriedades do ISW dentro da FD. As condições de gelo marinho na região diferiram muito entre os 2 anos (Fig. 4C e suplementar Fig. 4) e, ao contrário dos resultados de modelagem que mostram aumento do influxo para baixa salinidade9, a salinidade na prateleira foi maior em ∼0,05 em 2013 em comparação com 2011 (Fig. 4d, e). A importância relativa desses fatores e o estresse do vento na variabilidade interanual do influxo quente são deixados como um desafio para a comunidade emergente de modelos regionais de alta resolução se desembaraçar.

transporte de calor e acesso de água morna à cavidade

um limite superior do transporte de calor para o sul é obtido usando a velocidade média e a temperatura máxima e espessura da camada observada em MNORTH. Supondo que a largura de entrada se estenda de MNORTH à costa (100 km), o fluxo de calor ligado superior é de 1,6 TW durante o período de entrada (ou 0,7 TW quando em média mais de um ano). Este é um fluxo substancial e geofisicamente significativo de calor, o suficiente para derreter 70 km3 ou 65 Gton de gelo anualmente, ou cerca de metade do orçamento de massa basal FRIS26.

o calado na frente do gelo é de 400-450 m (ref. 27) enquanto a água morna é observada até 500 m em Msouth. Se parte dela entrasse na cavidade da plataforma de gelo, seria capaz de fazer contato com ∼20% da base FIS27. A corrente média em MSOUTH (500 m de profundidade) é, no entanto, direcionada para o norte, longe da frente do gelo, tanto durante o período em que a água morna é observada no local quanto quando as temperaturas estão abaixo de zero. O fluxo para o sul de água morna presumivelmente fica acima de isobatas mais rasas a leste de MSOUTH.

os dados aqui apresentados não revelam até que ponto a água morna penetra na cavidade da plataforma de gelo. Relativamente forte através das correntes de maré frontais de gelo observadas em MSOUTH (0,15 m s-1), sugerem que a água quente presente na frente de gelo pode atingir vários km na cavidade, aumentando o derretimento basal na região frontal28. Evidências independentes sugerem que as taxas de derretimento na região frontal podem ser substanciais29; o derretimento basal nos 100 km Mais externos de FRIS é responsável por 40% do derretimento total abaixo da camada de gelo26. O aquecimento e o cardume do núcleo de água quente observados desde a década de 1980 (ref. 30) provavelmente afetaram a frequência e o conteúdo de calor dos pulsos de água morna atingindo o FIS. Séries temporais de alta resolução de espessura de plataforma de gelo mostram um desbaste no lado leste da frente FIS entre 1995 e 2012 (refs 1, 7), enquanto a totalidade do FRIS ganhou massa durante o mesmo período1.

notáveis mudanças projetadas para ocorrer na CLAUDIA cavidade durante o próximo século—a 2 °C o aumento da temperatura da água dentro do gelo-prateleira de cavidade e um aumento de 20-fold basal, derreter rates8—terá conseqüências não só para o afluente fluxos de gelo e a elevação do nível do mar, mas também para a hidrografia em uma região conhecida para produzir uma grande fração da Antártica de Fundo Water31. Mostramos que o mecanismo responsável pelas mudanças dramáticas na ref. 8-um redirecionamento da corrente costeira-é realista, embora importantes processos físicos de pequena escala não sejam resolvidos corretamente em seu modelo grosseiro. As condições de vento e gelo em 2013 foram incomuns, mas não extremas, e é provável que a água morna tenha ocasionalmente atingido a frente FIS em outros anos, quando as observações não estão disponíveis. Nossas observações sublinham a necessidade de um monitoramento contínuo do fluxo no FD.

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