Možný posun režimu v zníženej produkcii morského ľadu po otelení ľadovca mertz | prírodná komunikácia

Možný posun režimu v zníženej produkcii morského ľadu po otelení ľadovca mertz | prírodná komunikácia

Anonim

predmety

  • Kryosférická veda
  • Fyzikálna oceánografia

abstraktné

Variabilita tvorby hustej regálovej vody môže potenciálne ovplyvniť výrobu antarktickej spodnej vody (AABW), ktorá je životne dôležitou súčasťou globálneho klimatického systému. Vo východnom Antarktíde je polynya systém George V Land (142–150 ° E) štruktúrovaný miestnym „icescape“, čo podporuje tvorbu morského ľadu, ktorý je poháňaný veterným režimom na mori. Tu uvádzame prvé pozorovania tohto regiónu po premiestnení veľkého ľadovca (B9B), ktoré urýchlilo otelenie Mertzovho ľadovcového jazyka v roku 2010. Pomocou satelitných údajov sme zistili, že celková produkcia morského ľadu v regióne v rokoch 2010 a 2011 bola 144, respektíve 134 km 3, čo predstavuje priemerný pokles o 14–20% z hodnoty 168 km 3 v priemere za roky 2000–2009. Táto prudká zmena regionálneho icescape by mohla mať v nasledujúcich desaťročiach za následok zníženú aktivitu polynya, produkciu morského ľadu a nakoniec hustý vývoz regálovej vody a výrobu AABW z tohto regiónu.

úvod

Antarktická spodná voda (AABW) je rozhodujúcou súčasťou globálneho klimatického systému 1, 2, zaberá priepasť svetového oceánu a poháňa dolnú časť globálneho poludníka. Vo východnej Antarktíde je miestnym zdrojom AABW do austrálsko-antarktickej kotliny hustá regálová voda vyvážaná z pobrežia George V Land 3, 4, 5, 6 (obr. 1). Pozorovania kontinentálneho šelfu George V Land (ďalej len GV) z rokov 1999–2004 opisujú duálny systém tvorby hustej šelfovej vody zo zvýšenej produkcie morského ľadu v polynyách nad depresiami Adélie a Mertz 7, 8, 9 . Dôležitou črtou regionálneho icescape GV (tj interakcia topografie, konfigurácia ľadovej plochy / ľadovej poličky a rýchleho ľadu) bolo blokovanie západného prieskumu morského ľadu 10, 11, 12 existenciou ľadovca Mertz. Jazyk (MGT) spolu s veľkým ľadovcom (B9B) a okolitým rýchlym ľadom. To podporuje aktivitu polynya, a teda hustú tvorbu regálovej vody, ktorá je poháňaná studeným vetrom na mori 13, 14 . V období depresie Adélie sa polynyas zvyčajne tvorili v pobrežných zátokách (Commonwealth, Watt a Buchanan Bays označené CB, WB a BB) a pozdĺž západného závetria MGT. V Mertzovej depresii sa v západnom závetrí uzemneného ľadovca B9B vytvorila menšia polynya, ktorá sa v roku 1992 presťahovala z oblasti Rossovského mora 10 . MGT aj B9B mali rýchle rozšírenie ľadu (niekedy označované aj ako „dýky“), ktoré každú zimu tvorili okolo uzemnených ľadovcov na ich sever a prispievali do príslušných polynyových zón (obr. 2a).

Image

Mapa podľa odkazu 16. Hlavné funkcie sú podľa názvu a zahŕňajú depresiu Adélie (a Mertz), parapet a banku a banku Ninnis. CB, WB a BB sú uvedené. Hlásené odtokové regióny pred kalením v hustých regálových vodách, ktoré sú schopné produkovať AABW z dvoch depresií označených modrými šípkami 9 . Medzi kľúčové črty scenérie icescape patria polohy pred (červenou) a po otelení MGT (čierna) a ľadovca B9B (2010: čierna a 2011: modrá). Čierne bodkované bodky označujú uzemnené ľadovce. Vložka: George V Land na východe Antarktídy.

Obrázok v plnej veľkosti

Image

Satelitné snímky MODIS ukazujúce štrukturálne zmeny v systéme GV polynya pred a po otelení MGT. a – c ) zodpovedajú režimom pred otelením (19. júla 2006) a po otelení (11. júna 2010 a 31. júla 2011) v zimnom polynya.

Obrázok v plnej veľkosti

Začiatkom roku 2010 premiestnenie ľadovca B9B súbežne s pobrežím nad Ninnisovou bankou urýchlilo otelenie MGT 15, pričom novovytvorený ľadovec C28 opúšťal región krátko potom (obr. 2b, ďalej len „po otelení - 2010“)., ). V roku 2011 spoločnosť B9B migrovala cez depresiu Adélie a znova sa usadila v zálive Commonwealth Bay s orientáciou na NNE (obr. 2c, ďalej len „po otelení - 2011“). Numerické simulácie oceánskych ľadov 16 naznačujú, že cirkulácia oceánov a výroba morských ľadov v regióne sa bezprostredne po otelení menia, čo vedie k poklesu (až o 23%) hustého vývozu regálovej vody. Táto štúdia je prvým observačným hodnotením zmeny v oblasti GV po otelení MGT. Odhady produkcie morského ľadu sa predkladajú pomocou algoritmu hrúbky ľadu založeného na údajoch družicového špeciálneho mikrovlnného snímača / zobrazovača (SSM / I) a výpočtu tepelného toku 17, 18, 19 v spojení s rýchlou časovou radou ľadu a klimatológiou odvodenou od NASA. satelitné snímky so zobrazovacím spektroradiometerom so stredným rozlíšením (MODIS) 20 . Skúmame zmenu v produkcii morského ľadu v rokoch 2010 a 2011 v porovnaní s priemernou ročnou produkciou morského ľadu v predchádzajúcich rokoch v rokoch 2000–2009. Pomocou jednoduchého štatistického modelu diskutujeme o výsledkoch produkcie morského ľadu po otelení vzhľadom na medziročnú variabilitu výroby morského ľadu pred otelením a jeho vzťahu k atmosférickému nátlaku z ERA-Interim.

výsledok

Priestorové rozloženie výroby morského ľadu

Priestorové rozdelenie ročnej produkcie morského ľadu (ma −1 ) je uvedené na obrázku 3 pre tri scenáre: a) „pred otelenie“, to znamená priemer za obdobie rokov 2000 - 2009, b) „po otelenie-2010 “a c)„ po otelení-2011 “. Rýchly rozsah ľadu, spriemerovaný počas zimných mesiacov (JJA, červená čiara), je tiež uvedený v každom prípade. V prípade predkalenia (obr. 3a) je na východe a na západ od MGT zrejmý duálny systém tvorby polynya / hustej regálovej vody nad depresiami Adélie a Mertz. Pred otelením sa maximálna produkcia v období depresie Adélie (do 19 ma −1 ) vyskytla v západnom závale MGT a rýchle rozšírenie ľadu nad uzemnenými bergmi na sever (ďalej len región polynézy ľadovca Mertz)., ako aj v pobrežných zátokách na západ. Podobne sa výroba morského ľadu nad Mertzovou depresiou vyskytovala v západnom závale ľadovca B9B a rýchlym rozšírením ľadu na jeho sever, ale s menšou veľkosťou (do 8 ma −1 ). Tento režim pred otelením súhlasí s podmienkami morského ľadu navrhnutými na obrázku MODIS na obrázku 2a a predstavuje všetky roky od roku 2000 do roku 2009 (doplnkový obrázok S1). Priemerná celková ročná produkcia morského ľadu za roky 2000 - 2009 bola 168 km 3 .

Image

Územné rozdelenie kumulatívnej produkcie morského ľadu (ma −1 ) sa spriemeruje za obdobia mrazu (marec - október) pre ( a ) 2000–2009, ( b ) 2010 a ( c ) 2011. Údaje sa vypočítavajú pomocou údajov ERA-Dočasné pre celkový polynyový systém GV. Maximálny rozsah rýchleho ľadu je uvedený z priemerných 20-dňových údajov nad JJA (červená čiara).

Obrázok v plnej veľkosti

Po otelení v roku 2010

Mapy po otelení v rokoch 2010 a 2011 (obr. 3b, c) ukazujú významné zmeny v distribúcii a rozsahu výroby morského ľadu v celom regióne. V roku 2010 dochádza k špičkovej produkcii pozdĺž pobrežia od Wattského zálivu, cez novú prednú časť ľadovca Mertz a až na východ až k 146 ° vd. Predchádzajúca oblasť polynézy ľadovcov Mertzovho ľadu stále existuje od MGT po uzemnené bergy východne od Mertzovej banky, s pomocou rotovanej polohy B9B. Znížená produkcia v období depresie Adélie je čiastočne kompenzovaná novou výrobou v oblasti, v ktorej predtým býval MGT. Produkcia nad Mertzovou depresiou je teraz rozdelená dočasnou pozíciou B9B s novou zónou južne od banky Ninnis od 146 do 147 ° E. Celkovo bola priemerná celková produkcia morského ľadu v roku 2010 144 km 3, čo predstavuje pokles o 14% oproti priemernej hodnote v rokoch 2000 - 2009.

B9B v zálive Spoločenstva v roku 2011

Krajina icescape sa v roku 2011 opäť zmenila, tentoraz v dôsledku migrácie B9B (obr. 3c). B9B vytvoril nový, ale relatívne slabý polynya región siahajúci na sever pozdĺž východného boku Adélie Bank od Commonwealth Bay k poličke. Produkcia sa znížila v oblasti polynézy Glacier Mertz, najmä na juh od zálivu Watt cez novú prednú časť MGT. Je to s najväčšou pravdepodobnosťou dôsledkom migrácie B9B medzi rokmi 2010 a 2011 a jej novej polohy, ktorá obmedzuje prenikanie morského ľadu z oblasti polynézy Ľadovec Mertz (obr. 2c). Naopak, odstránenie B9B z jeho pozície v roku 2010 by mohlo umožniť väčšie usmernenie morského ľadu z oblasti na východ, čo by viedlo k vytvoreniu novej oblasti polynya, ktorá sa rozprestiera na sever od 148 ° vd a spája sa s predchádzajúcim polynézou Mertzovej depresie. Hoci od teľby došlo k čistému poklesu výroby morského ľadu, regionálne zmeny sú zmiešané s niektorými novými regiónmi so zvýšenou produkciou morského ľadu. Odhadujeme, že celková produkcia morského ľadu je 134 km 3, čo predstavuje ďalší pokles od roku 2010 a pokles o 20% v porovnaní s priemerom v rokoch 2000 - 2009.

Náhla zmena verzus medziročná variabilita

Naše kľúčové zistenie, že celková produkcia morského ľadu klesla po otelení MGT v roku 2010, súhlasí so simuláciami modelov oceán - ľad ref. 16. Aby sme preskúmali významnosť týchto poklesov v porovnaní so silnou medziročnou variabilitou vykazovanou v regióne 11, 21, uvádzame úplné časové rady celkovej produkcie morskej ľadovej pokrývky za obdobie rokov 2000 - 2011 (s použitím údajov rýchleho ľadu odvodených z MODIS) a 1992. –2010 (použitím údajov o rýchlom ľade odvodených od SSM / I) na obr. 4 (podrobnosti sú uvedené v doplnkovej tabuľke S2 ​​a doplnkovej tabuľke S1). Medziročná variabilita vyjadrená v časových radoch MODIS uvádza do kontextu pokles po pôrode z roku 2009 do roku 2010, pretože má podobný rozsah ako pokles z rokov 2003 - 2004 a minimá v rokoch 2010 a 2011 sú rovnocenné s ostatnými vrcholmi. minimá v období rokov 2000 a 2004. Pri použití dlhších časových radov s odhadmi rýchleho ľadu SSM / I zostávajú minimá v produkcii morského ľadu na roky 2010 - 2011 na spodnej hranici rozšírenej časovej rady na výrobu morského ľadu z roku 1992. My teraz sa snažia vyhodnotiť vplyv štrukturálnych zmien na icescape na poklesy celkovej produkcie morského ľadu po otelení v porovnaní s meteorologickými hnacími faktormi.

Image

Časové rady celkovej výroby morského ľadu (marec - október) (km 3 ) pre celý systém GV polynya (skutočná oblasť je uvedená v doplnkovom obrázku S1) sú uvedené pre ( a ) roky 2000 - 2011 (obdobie MODIS) a ( b) ) 1992 - 2010 (obdobie SMM / I). Predpovedaná výroba morského ľadu zo štatistickej regresnej analýzy OWS a AT a OWS je uvedená iba pre roky 2010 - 2011 (červené a purpurové čiary) a 2010 (modré a azúrové čiary).

Obrázok v plnej veľkosti

diskusia

Použitím viacnásobnej lineárnej regresie na vytvorenie jednoduchých prediktívnych modelov pre celkovú výrobu morského ľadu založenú na predikčných premenných rýchlosti vetra na mori (OWS) a teploty vzduchu (AT) sme zistili, že pozorované zníženie celkovej produkcie morského ľadu v rokoch 2010 a 2011 (MODIS) iba) v porovnaní s rokom 2009 bol o 50% väčší ako predpokladané hodnoty (červené / purpurové a modré / azúrové body na obrázku 4). Pozorované zmeny navyše ležia mimo predpokladaného sd chyby. Vzhľadom na to, že v rokoch 2010 aj 2011 mali silné environmentálne sily spôsobujúce anomálie podporujúce produkciu morského ľadu, tj studený AT a zvýšený OWS, v porovnaní s priemerom 1992 - 2011 (doplnkový obrázok S2), uvažujeme, že pozorované poklesy mohli byť ešte väčšie so zníženým OWS a / alebo teplejším AT typickým pre mnoho predchádzajúcich rokov. Nemáme žiadne prostriedky na to, aby sme v našich odhadoch brali do úvahy rýchlosť vetra, ale zavedením zvýšenia AT o 2, 25–1, 85 K predpokladáme, že produkcia po otelení v rokoch 2010 a 2011 mohla byť o 10–15% nižšia pri 123 a 117 km. 3, resp.

Od otelenia MGT začiatkom roku 2010 sa režim polynya GV nachádza v stave štrukturálneho prechodu, ktorý súvisí s náhlymi zmenami v oblasti icescape. Tu sme ukázali, že v rokoch 2010 a 2011 došlo v porovnaní s priemerom pred otelením k zníženiu celkovej produkcie morského ľadu o 14–20%. Predpokladáme, že ∼ 50% poklesu produkcie morského ľadu v obidvoch rokoch možno pripísať zmenám v icescape, a že vzhľadom na známu variabilitu v environmentálnom nátlaku by mohlo byť súčasné zníženie icescape v budúcnosti ešte väčšie. V súčasnosti sa B9B rozpadá a po odchode z oblasti GV očakávame, že produkcia morského ľadu by mohla zostať pod úrovňou pred otelením, až kým sa rozšírenie MGT nevytvorí opäť priemernou ročnou rýchlosťou ∼ 1 km a −1 (ref. 15 ). Naše pozorované zmeny vo výrobe morského ľadu potvrdzujú počiatočnú predikciu simulácií modelu oceán - ľad v režime po otelení 16 . Tieto simulácie ukázali, že otelenie MGT malo významný vplyv na hustý vývoz regálovej vody z tohto regiónu a následnú výrobu AABW do austrálsko-antarktickej kotliny.

V novej štúdii o meraniach CTD na lodiach v rokoch 2008 a 2011 sa okrem toho uvádza pokles inity 0, 05 slanosti v regálovej vode od otelenia MGT (osobná komunikácia Steve Rintoul). Tento pokles je ekvivalentný dlhodobému osvieženiu hustej regálovej vody (dec 0, 01 dec −1 ) v Adélie depresii od roku 1950 (nezobrazené), čo je podobné, ale slabšie ako zníženie uvádzané v sektoroch Ross 22 a Weddell 23 . Zdroj tohto osvieženia GV nebol potvrdený a ani z dostupných pozorovaní nevyplýva, že by došlo k dlhodobému zníženiu produkcie morského ľadu / odvádzaniu soľanky a / alebo zvýšeniu topenia ľadovca Mertz. Vzhľadom na to, že sa osvieženie v Rossovom mori (dec 0, 01 Dec −1 ) pripisuje taveniu v smere po prúde v Amundsenovom mori 22, môže byť osvieženie GV ovplyvnené podobným mechanizmom z poličky Cook Ice. Toto prudké zníženie post-otelenia účinne zdvojnásobuje dlhodobý trend na> 0, 02 dec- 1 na dĺžkových mierkach zahŕňajúcich cyklus otelenia. V prípade otepľovacieho klimatického scenára by sme mohli očakávať zvýšenie dlhodobých osviežení a náhlych zmien v dôsledku dynamickej ľadovej fronty. Dopad dynamickej ľadovej fronty je však komplexný a poznamenávame, že otelené ľadovce môžu zvýšiť aktivitu polynya po prúde od uzemneného miesta, ako to urobila B9B po opustení políc Ross Ice a migrácii do oblasti GV. Naše zistenia predstavujú pretrvávajúcu výzvu pre komunitu modelovania polárneho podnebia, pokiaľ ide o to, ako zahrnúť dynamické zmeny predného ľadu, ako sú tie, ktoré sa v súčasnosti vyskytujú v regióne GV, do simulácií predchádzajúcej a budúcej produkcie morskej ľadovej vody, hustej tvorby regálovej vody a výroby AABW. v priebehu viacerých dekadálnych časových harmonogramov. Podobná výzva existuje aj pre observačné štúdie, ktoré sa pokúšajú vyhodnotiť dlhodobé klimatické trendy v časových intervaloch, ktoré sa prelínajú s týmito štrukturálnymi zmenami v systéme.

metódy

Výroba morského ľadu

Odhad produkcie morského ľadu v tejto štúdii je uvedený nižšie. 19. Na obdobie rokov 1992 - 2008 a 2007 - 2011 sa používajú údaje SSM / I F-13 85 GHz a F-17 91 GHz. Predpojatosť medzi polarizačným pomerom 85 GHz a 91 GHz (PR 85 a PR 91 ) je oveľa menšia (doplnkový obrázok S3) ako chyba algoritmu hrúbky ľadu (~ 5 cm) 17 . V období rokov 1992 - 2010 a 2000 - 2011 táto štúdia využíva rýchle mapovanie ľadu a ľadovca z údajov SSM / I 17 a MODIS 20 . Pri výpočte tepelného toku sa používajú údaje z Európskeho strediska pre stredné pásmo pre predpovede predpovede počasia (ERA-Interim) a z národných stredísk pre predikciu environmentálnej predpovede / údaje z oddelenia pre analýzu energie (NCEP2). Produkcia morského ľadu sa predpokladá iba v oblasti tenkých ľadovcov, kde je tepelný tok negatívny v období od marca do 18. októbra. Produkcia od novembra do februára sa tak odstráni z našich hodnôt produkcie morského ľadu (s výnimkou údajov o mesačnej variabilite). Potvrdili sme, že existuje len malý rozdiel vo výrobe ľadu vypočítaný z údajov F-13 85-GHz a F-17 91-GHz (doplnkový obrázok S4a). Údaje SSM / I s riadenou kvalitou sú k dispozícii iba do augusta 2011. Za obdobie od marca do augusta 2011 sme porovnávali produkciu morského ľadu vypočítanú z predbežných aj z kvalitatívne kontrolovaných údajov a vypočítali sme odchýlku medzi týmito dvoma údajmi (doplnkový obrázok S4b). ). Pri výrobe morského ľadu v roku 2011 sa použije hodnota vypočítaná z predbežných údajov SSM / I s pripočítaním tejto systematickej chyby. Aj keď sú údaje rozšíreného rádiového skenovania rádiových vĺn (AMSR-E) k dispozícii vo väčšom priestorovom rozlíšení, sú k dispozícii iba od roku 2003 do roku 2011 (zastavené 4. októbra 2011). Preto najdlhší nepretržitý záznam o produkcii morského ľadu a medziročnej variabilite pochádza z súboru údajov SSM / I.

Rýchly rozsah ľadu

Časová séria rýchleho ľadu v rokoch 2000 - 2011 nasleduje odkaz. 24. Detekčný algoritmus vytvára pomocou cloudového satelitného prístroja MODIS zložené obrazy povrchu bez mrakov v 20-dňových intervaloch. Na vytvorenie týchto 20-dňových zložených obrázkov 25 bez oblaku sa používa modifikovaná cloudová maska ​​MODIS. Počas tohto intervalu sa ľad zabalí v dôsledku pohybu, zatiaľ čo rýchly okraj ľadu ostáva ostro definovaný. Na prekonanie problémov spojených s nedokonalým maskovaním cloudu bol vyvinutý nový algoritmus, ktorý sa v posledných rokoch (2009 - 2011) uplatňoval. Tento algoritmus vykonáva detekciu hrán na granulách MODIS, ktoré nie sú maskované cloudom. Rýchly ľad je identifikovaný po predpoklade, že perzistentné okraje predstavujú buď rýchly ľadový okraj alebo pobrežie (poloha mraku je dynamická a nedáva trvalé okraje).

Doplnková informácia

Súbory PDF

  1. 1.

    Doplnková informácia

    Doplnkové obrázky S1-S4 a doplnková tabuľka S1.

Komentáre

Odoslaním komentára súhlasíte s tým, že budete dodržiavať naše zmluvné podmienky a pokyny pre komunitu. Ak zistíte, že je niečo urážlivé alebo nie je v súlade s našimi podmienkami alebo pokynmi, označte ho ako nevhodné.