Межгодовая изменчивость распределения водных масс в Исландском море
|
Введение 4
1.1 Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция 5
1.2 Географическое положение Исландского моря 6
1.3 Батиметрия 7
1.4 Климат 8
1.5 Влияние Северо-Атлантического колебания на процессы в Исландском море 9
1.6 Водообмен между Норвежским и Исландским морем 10
1.7 Основные приповерхностные течения Исландского моря 11
1.8 Водные массы 15
1.8.1 Поверхностные водные массы 16
1.8.2 Промежуточные водные массы 18
1.8.3 Глубинные водные массы 19
Данные и методы 20
2.1 Описание пространственного распределения данных 20
2.2 Районирование Исландского моря 21
2.3 Описание временного распределения данных 22
2.4 OMP анализ (Optimum multiparameter analysis) 26
Результаты 29
Заключение 34
Литература 36
Приложение 39
1.1 Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция 5
1.2 Географическое положение Исландского моря 6
1.3 Батиметрия 7
1.4 Климат 8
1.5 Влияние Северо-Атлантического колебания на процессы в Исландском море 9
1.6 Водообмен между Норвежским и Исландским морем 10
1.7 Основные приповерхностные течения Исландского моря 11
1.8 Водные массы 15
1.8.1 Поверхностные водные массы 16
1.8.2 Промежуточные водные массы 18
1.8.3 Глубинные водные массы 19
Данные и методы 20
2.1 Описание пространственного распределения данных 20
2.2 Районирование Исландского моря 21
2.3 Описание временного распределения данных 22
2.4 OMP анализ (Optimum multiparameter analysis) 26
Результаты 29
Заключение 34
Литература 36
Приложение 39
Моря Северо-Европейского бассейна оказывают существенное влияние на климатическую систему значительного региона Евразийской Арктики. Это влияние обусловлено расположением бассейна, где взаимодействуют теплые и соленые атлантические воды и холодные и распресненные арктические воды. Эти процессы взаимодействия водных масс низких широт с водами высоких широт, происходящие в бассейне, влияют на циркуляцию вод. Близость к арктическому региону в совокупности с огромными потоками океанического тепла, поступающими из Атлантики, создают в этом регионе обширные области высоких потоков тепла в атмосферу, что обуславливает климатическую значимость этого региона, а также делают сам рассматриваемый регион крайне восприимчивым к изменению климата.
Исландское море стало интересовать ученых сравнительно недавно. Тем не менее процессы, происходящие в Исландском море, заслуживают пристального внимания. С Северо-Атлантическим течением Ирмингера и Фарерским течением в Исландское море поступают теплые атлантические воды. Восточно-Гренландское течение приносит холодные полярные воды. В процессе уплотнения при смешении этих вод формируются воды, достаточно плотные чтобы включатся в Атлантическую меридиональную океаническую циркуляцию (АМОЦ) в качестве верхнего слоя ее глубинного возвратного потока. В связи с вышесказанным, представляется важным получение более полного представления о циркуляции океана, трансформации и смешении водных масс в акватории Исландского моря.
Цель работы: исследование межгодовой изменчивости водных масс Исландского моря и причин этой изменчивости
Задачи работы:
1. С использованием OMP анализа определить процентное содержание основных водных масс Исландского моря и проследить его межгодовую изменчивость
2. Выделить основные факторы, влияющие на межгодовую изменчивость процентного содержания водных масс Исландского моря
1.1 Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция
Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция (АМОЦ) - часть глобальной океанической динамической системы, осуществляющая перенос поверхностных атлантических вод на север, а глубинных - на юг. Перенос осуществляется системой океанических поверхностных и глубинных течений, а также, на отдельных участках, существенную роль играет перенос океаническими вихрями. Особенностью Атлантического океана является то, что тепло в обоих полушариях (северном и южном) переносится на север (Frajka-Williams et al., 2019). Нагретые солёные воды тропических широт несут тепло в высокие широты, где остывают и смешиваются с холодными пресными полярными водными массами, опускаются на глубину и поворачивают обратно в южное полушарие. АМОЦ не замкнута, а является частью Глобального океанического конвейера. В частности, подъем погрузившихся в северной Атлантике вод осуществляется, прежде всего, в Южном океане, а также в тропических областях Атлантического, Индийского и Тихого океанов. АМОЦ - важный элемент в климатической системе, определяющий, как климатические изменения определенных регионов Земли, так и изменение климата планеты в целом. Влияние АМОЦ на климат происходит, прежде всего, за счет перераспределения океаническими течениями солнечного тепла, неравномерно поступающего в различные широтные зоны Атлантического океана. Система АМОЦ подвержена межгодовой, междекадной и более долгопериодной изменчивости. Например, в нижнем дриасе (12.9-11.7 тыс. лет назад) произошло резкое ослабление АМОЦ, вызванное доминированием Полярных водных масс (PW) в акватории субполярной Северной Атлантики и Северо-Европейского бассейна. Преобладание PW привело к распреснению поверхностного слоя и уменьшило интенсивность конвекции (опускания поверхностных вод) в этих регионах (Geirsdottir et al., 2020). Однако, согласно Thornalley et al. (2015) АМОЦ скорее “реагировала”, а не влияла на глобальные климатические изменения последних 150 лет.
Факторов влияющих на силу интенсивность АМОЦ несколько. В некоторых работах главным фактором называют характер атмосферной циркуляции (Thornalley et al., 2018). Другие важные факторы: глубокая конвекция, температура приземного слоя атмосферы, увеличение потоков пресной воды с тающих ледников и морских льдов. Многие исследования последних лет отмечают, что ослабление АМОЦ во многом связано с увеличением концентрации CO2 в атмосфере (Jackson et al., 2019), что связывают с антропогенным влиянием на климат. В Арктике за последние 20 лет температура приземного слоя атмосферы выросла в 2 раза, по сравнению с ростом температуры в среднем по земному шару (IPCC, Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate). Это привело к резкому сокращению площадей морского льда и, усилению потока пресной воды из Арктического бассейна в Исландское и Гренландское моря, а также моря субполярной Северной Атлантикией. Как результат, ослабление глубокой конвекции могло привести к ослаблению АМОЦ (Renfrew et al., 2019).
...
Исландское море стало интересовать ученых сравнительно недавно. Тем не менее процессы, происходящие в Исландском море, заслуживают пристального внимания. С Северо-Атлантическим течением Ирмингера и Фарерским течением в Исландское море поступают теплые атлантические воды. Восточно-Гренландское течение приносит холодные полярные воды. В процессе уплотнения при смешении этих вод формируются воды, достаточно плотные чтобы включатся в Атлантическую меридиональную океаническую циркуляцию (АМОЦ) в качестве верхнего слоя ее глубинного возвратного потока. В связи с вышесказанным, представляется важным получение более полного представления о циркуляции океана, трансформации и смешении водных масс в акватории Исландского моря.
Цель работы: исследование межгодовой изменчивости водных масс Исландского моря и причин этой изменчивости
Задачи работы:
1. С использованием OMP анализа определить процентное содержание основных водных масс Исландского моря и проследить его межгодовую изменчивость
2. Выделить основные факторы, влияющие на межгодовую изменчивость процентного содержания водных масс Исландского моря
1.1 Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция
Атлантическая меридиональная океаническая циркуляция (АМОЦ) - часть глобальной океанической динамической системы, осуществляющая перенос поверхностных атлантических вод на север, а глубинных - на юг. Перенос осуществляется системой океанических поверхностных и глубинных течений, а также, на отдельных участках, существенную роль играет перенос океаническими вихрями. Особенностью Атлантического океана является то, что тепло в обоих полушариях (северном и южном) переносится на север (Frajka-Williams et al., 2019). Нагретые солёные воды тропических широт несут тепло в высокие широты, где остывают и смешиваются с холодными пресными полярными водными массами, опускаются на глубину и поворачивают обратно в южное полушарие. АМОЦ не замкнута, а является частью Глобального океанического конвейера. В частности, подъем погрузившихся в северной Атлантике вод осуществляется, прежде всего, в Южном океане, а также в тропических областях Атлантического, Индийского и Тихого океанов. АМОЦ - важный элемент в климатической системе, определяющий, как климатические изменения определенных регионов Земли, так и изменение климата планеты в целом. Влияние АМОЦ на климат происходит, прежде всего, за счет перераспределения океаническими течениями солнечного тепла, неравномерно поступающего в различные широтные зоны Атлантического океана. Система АМОЦ подвержена межгодовой, междекадной и более долгопериодной изменчивости. Например, в нижнем дриасе (12.9-11.7 тыс. лет назад) произошло резкое ослабление АМОЦ, вызванное доминированием Полярных водных масс (PW) в акватории субполярной Северной Атлантики и Северо-Европейского бассейна. Преобладание PW привело к распреснению поверхностного слоя и уменьшило интенсивность конвекции (опускания поверхностных вод) в этих регионах (Geirsdottir et al., 2020). Однако, согласно Thornalley et al. (2015) АМОЦ скорее “реагировала”, а не влияла на глобальные климатические изменения последних 150 лет.
Факторов влияющих на силу интенсивность АМОЦ несколько. В некоторых работах главным фактором называют характер атмосферной циркуляции (Thornalley et al., 2018). Другие важные факторы: глубокая конвекция, температура приземного слоя атмосферы, увеличение потоков пресной воды с тающих ледников и морских льдов. Многие исследования последних лет отмечают, что ослабление АМОЦ во многом связано с увеличением концентрации CO2 в атмосфере (Jackson et al., 2019), что связывают с антропогенным влиянием на климат. В Арктике за последние 20 лет температура приземного слоя атмосферы выросла в 2 раза, по сравнению с ростом температуры в среднем по земному шару (IPCC, Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate). Это привело к резкому сокращению площадей морского льда и, усилению потока пресной воды из Арктического бассейна в Исландское и Гренландское моря, а также моря субполярной Северной Атлантикией. Как результат, ослабление глубокой конвекции могло привести к ослаблению АМОЦ (Renfrew et al., 2019).
...
• В ходе работы была обобщена информация о характеристиках, генезисе и межгодовой изменчивости водных масс Северо-Европейского бассейна. Наибольший интерес в работе представляли водные массы промежуточного слоя, образующиеся в акватории Исландского моря (такие как ISAIW, GSAIW, NSAIW). Для исследования водных масс Исландского моря использовались натурные данные из нескольких баз данных (WOD, ICES, PANGAE). Было произведено районирование Исландского моря для более точной реконструкции региональных процессов трансформации водных масс региона. Был выделен западный регион, северо-восточный регион и юго-восточный регион. Водные массы в каждом из регионов выделялись с помощью OMP анализа.
• Основными водными массами (относительный вклад не менее 15%) в западном районе являются NAW, PW, ISAIW, GSAIW, NDW, в юго-восточном районе: NAW, ISAIW, NSAIW, NDW, в северо-восточном: RAW, NSAIW, GSAIW, NDW. Процентное содержание водных масс в каждом из выделенных районов моря в разной степени подвержено межгодовой изменчивости. В наименьшей степени изменчивость вод проявилась в северо-восточном районе.
• Юго-восточный и западный районы были наиболее подвержены влиянию атлантических вод. Суммарная доля водных масс атлантического генезиса в этих районах может достигать 45% в западном и 50% в юго-восточном. К водным массам атлантического происхождения в северо-восточном районе относятся только рециркулирующие атлантические воды (RAW), составляющее около 20% объема вод.
• Из промежуточных водных масс, GSAIW, приносимая в Исландское море Восточно-Гренландским течением и формирующая большую часть вод перетока через порог Датского пролива, была выявлена в западном районе в 1970-е, 1980-е и 1990-е гг В эти годы доля GSAIW достигала 50% от объема вод района.
• В северо-восточном районе, где самым значимым изменением является появление GSAIW, связанное с некоторым усилением конвекции в этом Гренландском море в 1980-х. Это говорит об усилении рециркуляции GSAIW в циклоническом круговороте Исландского моря в эти годы.
• Промежуточные воды локального происхождения (в Исландском море), ISAIW, наблюдалась в западном районе только в период с 2001 по 2018 год, когда эта водная масса вносила вклад до 20% в объем вод этого района. Это говорит об усилении процесса смешения теплых атлантических и холодных полярных вод, который формирует ISAIW, в эти годы.
• Достаточно неожиданным результатом оказалось обнаружение ISAIW в юго-восточной части моря. ISAIW в этом районе наблюдаются с 1950 по 1980 год. Выяснилось, что в период 60-х годов наблюдалось сильное похолодание, а в середине 70-х произошло увеличение переноса Восточно-Исландским течением полярных вод и продвижение языка холодных вод на юг и в Норвежское море. Таким образом, в юго-восточном районе, который сильно подвержен влиянию Атлантики, для образования ISAIW лимитирующим фактором являются именно полярные воды. Это позволяет предположить, что генерация ISAIW в этом районе происходит при экстремальном увеличении переноса полярных вод Восточно-Гренландским течением.
• В целом можно сделать вывод, что собственные промежуточные воды Исландского моря, которые, включаются в верхние фракции возвратного потока АМОЦ, генерируются в западном и юго-восточном районах моря. Несмотря на то, что эти воды отсутствуют в течении ряда рассматриваемых периодов времени, в отдельные периоды, вклад этих промежуточных вод в общий объем вод перетоков через пороги Датского пролива и Исландско-Фарерского хребта может составлять до 20%.
• Основными водными массами (относительный вклад не менее 15%) в западном районе являются NAW, PW, ISAIW, GSAIW, NDW, в юго-восточном районе: NAW, ISAIW, NSAIW, NDW, в северо-восточном: RAW, NSAIW, GSAIW, NDW. Процентное содержание водных масс в каждом из выделенных районов моря в разной степени подвержено межгодовой изменчивости. В наименьшей степени изменчивость вод проявилась в северо-восточном районе.
• Юго-восточный и западный районы были наиболее подвержены влиянию атлантических вод. Суммарная доля водных масс атлантического генезиса в этих районах может достигать 45% в западном и 50% в юго-восточном. К водным массам атлантического происхождения в северо-восточном районе относятся только рециркулирующие атлантические воды (RAW), составляющее около 20% объема вод.
• Из промежуточных водных масс, GSAIW, приносимая в Исландское море Восточно-Гренландским течением и формирующая большую часть вод перетока через порог Датского пролива, была выявлена в западном районе в 1970-е, 1980-е и 1990-е гг В эти годы доля GSAIW достигала 50% от объема вод района.
• В северо-восточном районе, где самым значимым изменением является появление GSAIW, связанное с некоторым усилением конвекции в этом Гренландском море в 1980-х. Это говорит об усилении рециркуляции GSAIW в циклоническом круговороте Исландского моря в эти годы.
• Промежуточные воды локального происхождения (в Исландском море), ISAIW, наблюдалась в западном районе только в период с 2001 по 2018 год, когда эта водная масса вносила вклад до 20% в объем вод этого района. Это говорит об усилении процесса смешения теплых атлантических и холодных полярных вод, который формирует ISAIW, в эти годы.
• Достаточно неожиданным результатом оказалось обнаружение ISAIW в юго-восточной части моря. ISAIW в этом районе наблюдаются с 1950 по 1980 год. Выяснилось, что в период 60-х годов наблюдалось сильное похолодание, а в середине 70-х произошло увеличение переноса Восточно-Исландским течением полярных вод и продвижение языка холодных вод на юг и в Норвежское море. Таким образом, в юго-восточном районе, который сильно подвержен влиянию Атлантики, для образования ISAIW лимитирующим фактором являются именно полярные воды. Это позволяет предположить, что генерация ISAIW в этом районе происходит при экстремальном увеличении переноса полярных вод Восточно-Гренландским течением.
• В целом можно сделать вывод, что собственные промежуточные воды Исландского моря, которые, включаются в верхние фракции возвратного потока АМОЦ, генерируются в западном и юго-восточном районах моря. Несмотря на то, что эти воды отсутствуют в течении ряда рассматриваемых периодов времени, в отдельные периоды, вклад этих промежуточных вод в общий объем вод перетоков через пороги Датского пролива и Исландско-Фарерского хребта может составлять до 20%.
Подобные работы
- Изопикнический анализ вод Лофотенской котловины Норвежского моря
Магистерская диссертация, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 5750 р. Год сдачи: 2020