Επίμονο προφίλ του Μεγάλου ρεύματος Agulhas

(Credit: J. Vorneveld στο Morris et αϊ (SAEON) 2017)

Εικόνα 1 - Teledyne RDI ADCPs που κάθονται στο Top Buoys του ASCA Adoring Array. (Πίστωση: κόμβος SAEON Egagasini http://asca.dirisa.org/)

Εικόνα 2 - Θέση του αγκυροβολημένου πίνακα LOCO στο κανάλι της Μοζαμβίκης. (Πίστωση: H. Ridderinkhof (NIOZ) 2006. https://goo.gl/FrCL2b)

Σχήμα 3 - Μια μεταγενέστερη ρύθμιση των αγκυροβολίων LOCO στο κανάλι της Μοζαμβίκης. Τα προφίλ ADCP υποδεικνύονται. Ζυγοί: βάθος (m), απόσταση (km). (Προσαρμοσμένη από τον Η. Ridderinkhof et αϊ (NIOZ) 2010. https://doi.org/10.1029/2009JC005619)

Το σύστημα Agulhas Greater Current έχει ελεγχθεί με εκτεταμένες και επίμονες αγκυροβολημένες συστοιχίες για τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Ένα κρίσιμο στοιχείο ήταν η καταγραφή του όγκου που μεταφέρθηκε από ισχυρά ρεύματα στον πάνω ωκεανό. Για το λόγο αυτό, πολλές από τις γραμμές πρόσδεσης ολοκληρώθηκαν με την επίσκεψη Teledyne RDI ADCPs. (Πίστωση: J. Ullgren (NIOZ) 2010. https://goo.gl/SJ4dWJ)

Previous Next

Δύο δεκαετίες πλωτών ADCPs από τη Νότια Αφρική

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, τα ενεργητικά και βαθιά ρεύματα στη νότια Αφρική έχουν δει επίμονα έλεγχο. Βρίσκεται στη δυτική άκρη του νότιου Ινδικού Ωκεανού, το Σύστημα Agulhas Current παρουσιάζει πολύπλοκα μοντέλα κυκλοφορίας - αναδρομικότητα, ορμησία και δαχτυλίδια. Εμφανίζουν μεγάλη ποικιλία από έτος σε έτος. Επιπλέον, αυτές οι ροές μεσολαβούν στις ανταλλαγές μεταξύ τριών από τους μεγαλύτερους ωκεανούς του κόσμου: Ινδίας, Ατλαντικού και Νότου.

Ακόμη πιο σημαντικό, το μεγαλύτερο Agulhas Current υποπτεύεται τώρα να επηρεάσει το παγκόσμιο κλιματικό σύστημα. Ο ρόλος του είναι να προετοιμάσει τα ύδατα που αργότερα εισέρχονται στο κάτω μέρος της παγκόσμιας κυκλοφορίας ανατροπής.

Η μέτρηση αυτών των ρευμάτων ήταν προκλητική. Για να καταγράψετε την έκτασή τους, οι μετρήσεις πρέπει να φτάσουν βαθιά. Για την επίλυση των αλλαγών με την πάροδο του χρόνου, οι μετρήσεις πρέπει να διατηρηθούν. Και για να επιβιώσουν, οι επίμονες μέθοδοι μέτρησης πρέπει να αντέχουν στην ενέργεια αυτών των ισχυρών ρευμάτων. Για παράδειγμα, οι επιφανειακοί δράκοι, οι πλωτήρες και τα ανεμόπτερα απομακρύνονται γρήγορα.

Τα προγράμματα που πραγματοποιούν μακροχρόνιες μετρήσεις των μεγάλων ωκεανικών ρευμάτων βασίζονται σε ελαστικές αγκυροβόλια. Και για τη μέτρηση ισχυρών ρευμάτων στον πάνω ωκεανό, αυτά τα αγκυροβόλια φέρουν ADCPs.

Σε αυτήν την αναφορά, εξετάζουμε αρκετές διαδοχικές καμπάνιες για δύο δεκαετίες που χρησιμοποίησαν το Teledyne RDI ADCPs για τη μέτρηση του Greater Agulhas Current. Για να βοηθήσουμε να καταγράψουμε αυτό το απίστευτα δυναμικό σύστημα, κάθε καμπάνια έχει καθορίσει ADCPs πάνω στις γραμμές πρόσδεσης και στον βυθό της θάλασσας ως μέρος εκτεταμένων συστοιχιών παρατήρησης.

Για μια δεκαετία, οι Ολλανδοί επιστήμονες επικεντρώθηκαν στη δύναμη, τη μεταβλητότητα και τη δομή των ανάντη ροών που τροφοδοτούν τους Agulhas.

Αργότερα, εκτός της νοτιοανατολικής γωνίας της Νότιας Αφρικής, Αμερικανοί ερευνητές ολοκλήρωσαν το πείραμα Agulhas Current Time-Series (ACT) που παρακολουθείται για τρία χρόνια. Μία χρήση των δεδομένων τους ήταν αλήθεια για το έδαφος για τη δημιουργία ενός μακροπρόθεσμου δορυφορικού δείκτη για αλλαγές στο ρεύμα Agulhas.

Και τώρα, ένα συνεχιζόμενο πολυεθνικό πρόγραμμα συνεχίζει την εργασία-Agulhas System Climate Array (ASCA). Συλλέγει συνεχείς παρατηρήσεις για τουλάχιστον πέντε χρόνια για να διερευνήσει τις περιφερειακές και παγκόσμιες επιπτώσεις - κυρίως τα θέματα του κλίματος.

Εκτεταμένη και επίμονη τρέχουσα παρακολούθηση εκτός Νότιας Αφρικής
Τα ρεύματα Agulhas τρέχουν από την ανατολική ακτή της νότιας Αφρικής. Αυτό το σημαντικό ρεύμα ασκεί ποικίλες επιρροές - τοπικά και παγκοσμίως. Για τη Νότια Αφρική, οι Agulhas επηρεάζουν τα πράγματα από τις θαλάσσιες μεταφορές και τις τοπικές καιρικές συνθήκες στην τοπική βιοποικιλότητα. Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι ιδιότητες του Agulhas στο νερό συνδέονται τώρα με το κλιματικό σύστημα της Γης.

Περίπου το ένα έκτο του όγκου που μεταφέρεται από τους Agulhas φεύγει από τον Ινδικό Ωκεανό για τον Ατλαντικό. Οι μελέτες του Paleo υποδηλώνουν ότι το ποσό έχει ποικίλει για αιώνες. Κάτω από την άκρη της Νότιας Αφρικής, οι οχυρώσεις στους Agulhas κλείνουν και μεταμορφώνονται σε δακτυλίους μεγάλης διαμέτρου. Αυτοί οι δακτύλιοι διαδίδονται πολύ προς τα δυτικά στον κεντρικό Ατλαντικό. Παρέχουν μια πηγή ζεστού και πιο αλατιού νερού στο επιστρεφόμενο σκέλος της παγκόσμιας κυκλοφορίας ανατροπής.

Το αποτέλεσμα για τις κλιματικές μελέτες είναι ένα αυξημένο ενδιαφέρον για τον τρόπο με τον οποίο οι δακτύλιοι αυτοί διαφέρουν. Συναφείς έρευνες έχουν εξετάσει τι προκαλεί τους προκαταρκτικούς-meanders στους Agulhas. Με τη σειρά του, αυτή η σταθερή προσοχή στις βροχές που εισέρχονται στο σύστημα Agulhas μακρύτερα προς τα πάνω.

Για να ξεπεραστεί αυτή η πολυπλοκότητα, το σύστημα Agulhas Current έχει εξεταστεί λεπτομερώς με εκτεταμένες και επίμονες αγκυροβολημένες συστοιχίες για τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Ένα κρίσιμο στοιχείο ήταν η καταγραφή του όγκου που μεταφέρθηκε από ισχυρά ρεύματα στον πάνω ωκεανό. Για το λόγο αυτό, πολλές από τις γραμμές πρόσδεσης ολοκληρώθηκαν με την επίσκεψη Teledyne RDI ADCPs.

Σε μια πλευρά σημείωμα-ADCPs έχουν μια μακρά ιστορία σε αυτά τα νερά. Στα μέσα της δεκαετίας του '80, ο καθηγητής Fritz Schott (Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι) έκανε πρόωρη χρήση των ADCPs επάνω στην αγκυροβόληση από την Αφρική, συμπεριλαμβανομένου του Ε. Μαδαγασκάρη Current.

Agulhas Πειράματα Τρέχων Πηγών (ACSEX): 2000-2001
Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, οι επιστήμονες ήταν αβέβαιοι ότι υπήρχε μια συνεχής οριακή ροή έξω από τη Μοζαμβίκη για την προμήθεια των Agulhas. Για να αποσαφηνιστεί το ζήτημα, οι Ολλανδοί επιστήμονες πραγματοποίησαν το πείραμα του τρέχοντος πηγαίου πηλού Agulhas (ACSEX) το 2000-2001. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε από το NIOZ (Ολλανδικό Ινστιτούτο Θαλάσσιας Έρευνας) και τους συνεργάτες του. Το έργο επικεντρώθηκε στη δύναμη, τη μεταβλητότητα και τη δομή των ρευμάτων.

Επτά αγκυροβόλια έφθασαν στο κανάλι της Μοζαμβίκης για ένα χρόνο. Οι αναλυτές ADCP εγκαταστάθηκαν σε βάθος 500 μ. Στη δυτική πλευρά όπου θα μπορούσε να αναμένεται ένα οριακό ρεύμα. Ένα συναρπαστικό συμπέρασμα ήταν ότι η ποσότητα και η κατεύθυνση του νερού που μεταφέρθηκε μέσω της Μάγχης διέφεραν σημαντικά - πολύ μεγαλύτερη από τη μέση ετήσια τιμή. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι δεν υπήρχε επίμονο ρεύμα της Μοζαμβίκης.

Η μεταφορά μάζας ύδατος και μεταφοράς ακινήτων μέσω της Μάγχης οφειλόταν σε μια κανονική αμαξοστοιχία μεγάλων διαμέτρων (διαμέτρου 300 χιλιομέτρων) που διακινούνταν προς νότο. Το πέρασμα αυτών των στροβίλων ήταν σαφές στα ADCP και στα τρέχοντα δεδομένα μετρητών. Αυτό βοήθησε στην ερμηνεία δορυφορικών δεδομένων.

Η συνδυασμένη ανάλυση ενίσχυσε τις ιδέες που οι δαιδαλές που παρασύρονται προς τα νότια ήταν δυναμικοί καταλύτες. Όχι μόνο προκαλούν μεταβλητότητα της μεσοκλίμακας στο ρεύμα Agulhas αλλά επηρεάζουν την ποσότητα νερού που μεταφέρεται στον Ατλαντικό.

Μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις του κλίματος του ωκεανού (LOCO): 2003-2012
Λόγω των ενδιαφερόντων ευρημάτων της, το ACSEX έγινε ένα εφαλτήριο για μια μακρόστερη μελέτη παρατήρησης. Αυτή ήταν μια συνιστώσα του ολλανδικού παγκόσμιου ερευνητικού προγράμματος με τίτλο Μακροπρόθεσμες Παρατηρήσεις για το Κλίμα του Ωκεανού (LOCO).

Αρχίζοντας το 2003, η NIOZ και οι συνεργάτες της εγκατέστησαν επτά βαθιές αγκυροβόλες σε 17 ° S, σε όλο το στενότερο τμήμα του καναλιού της Μοζαμβίκης. Το έργο LOCO ανακατανέμει αρκετές φορές την εκτεταμένη συστοιχία αγκυροβόλησης. Η πλήρης συστοιχία διατηρήθηκε για επτά χρόνια και μια μειωμένη σειρά ακόμη περισσότερο.

Τα άνω 500 μ. Περιείχαν τα ισχυρότερα ρεύματα. Στην αρχική σχεδίαση των συστοιχιών, έξι από τους αγκυροβόλιους ολοκληρώθηκαν με ανοδικές ADCPs 75 kHz από την Teledyne RDI. Στη δυτική πλευρά του καναλιού, οι αγκυροβόλιοι είχαν ADCPs κοντά στο κρεβάτι για να δουν ένα υπόγειο ρεύμα, το οποίο κατευθύνεται ίσως.

Το σύνολο δεδομένων διαρκεί πολλά χρόνια με σταθερή εντυπωσιακή χωρική κάλυψη σε όλο το κανάλι της Μοζαμβίκης. Καθώς η διαθέσιμη εγγραφή επιμηκύνθηκε, οι Ολλανδοί επιστήμονες εξέτασαν διαφορετικές πτυχές μεταφοράς όγκου μέσω της Μάγχης. Ειδικότερα, αυτή η μακροζωία είναι απαραίτητη για να δείτε συνδέσμους με απομακρυσμένα τρέχοντα συστήματα στις ισημερινές και ινδονησιακές περιοχές.

Οι ερευνητές διακρίθηκαν ότι η μεταβλητότητα της μεταφοράς μπορεί να ταξινομηθεί σε τρεις κατηγορίες. Για βραχύτερες χρονικές κλίμακες, οι επαναλαμβανόμενες μεγάλες δαιδαλώσεις που περνούν προς τα νότια κυριαρχούν στις αλλαγές στις μεταφορές. Αυτές οι εκτιμήσεις έγιναν πιο στατιστικά αξιόπιστες όταν βασίστηκαν στο μεγαλύτερο αρχείο δεδομένων.

Για εποχικές περιόδους, οι μικρές μεταβολές στον όγκο των ροών συνδέονταν με τα μοντέλα της τάσης ανέμου στη λεκάνη του Ινδικού Ωκεανού.

Σε ετήσιες κλίμακες, διαπιστώθηκαν αλλαγές πολύ μεγαλύτερες από τις εποχιακές. Αυτές οι μετατοπίσεις σε όγκο μεταφοράς αποδόθηκαν σε μεγάλης κλίμακας κλιματικές διακυμάνσεις. Οι τελευταίοι προσδιορίζονται από έναν περιφερειακό δείκτη κλίματος - IOD (Dipole του Ινδικού Ωκεανού).

Η έκθεση των λεπτομερειών αυτής της λεπτής κλιματικής σύνδεσης ήταν δυνατή λόγω της μακράς διάρκειας του συνόλου δεδομένων. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε μια υστέρηση 12 μηνών μεταξύ των αλλαγών στον δείκτη κλίματος IOD και της αντίστοιχης μεταβολής του όγκου νερού που παρέχεται στο ρεύμα Agulhas.

Agulhas Πειραματικό Πρόγραμμα ΣΜΕ (ACT): 2010-2013
Ακόμα πιο νότια, μια άλλη εκτεταμένη αγκυροβολημένη σειρά κάλυψε το ρεύμα Agulhas από το 2010 έως το 2013. Το έργο αυτό ήταν το πείραμα της τρέχουσας χρονικής σειράς των ΗΠΑ Agulhas (ACT), με επικεφαλής τον καθηγητή Lisa Beal του Πανεπιστημίου του Μαϊάμι. Βρίσκεται στη νοτιοανατολική ακτή της Νότιας Αφρικής, στα ύδατα έως τα 4700 μέτρα βάθος, το τμήμα ACT τοποθετήθηκε κατά μήκος ενός στίβου εδάφους ενός δορυφορικού υψομετρητή.

Η συστοιχία αγκυροβόλησης περιλάμβανε επτά αγκυροβόλια πλήρους βάθους. Αρχικά, κάθε αγκυροβόληση ολοκληρώθηκε με μια επίσκεψη ADCP για την παρακολούθηση ισχυρών ροών στα επάνω 350 μ. Οι μέγιστες ταχύτητες ήταν περίπου 2 m / s. Σε μια μεταγενέστερη ανάπτυξη, αγκυροβόλια κοντά στον πυρήνα του ρεύματος τερματίστηκαν βαθύτερα. Έφεραν ένα 75KHz Long Ranger ADCP για να μετρήσουν τα ρεύματα στα άνω 500 μ.

Το ρεύμα ήταν περίπου 200 χιλιόμετρα πλάτος και έφτασε τα 3000 μέτρα βάθος. Το μεταφερόμενο νερό ήταν 84 εκατομμύρια κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Παρόμοια εκφόρτωση αναφέρθηκε για τα άνω 2000 μ. Του Κόλπου του Κόλπου, όπου φεύγει από τις ακτές των ΗΠΑ.

Εκτός από την ποσοτικοποίηση του όγκου του νερού που μεταφέρθηκε από τον Agulhas, τα δεδομένα πρόσδεσης αποκάλυψαν τον τρόπο με τον οποίο η μεταφορά άλλαξε με την εποχή. Αυτές οι παρατηρήσεις έδωσαν την αλήθεια για το έδαφος ότι υποστήριζαν προηγούμενα δορυφορικά αποτελέσματα. Προηγουμένως, οι τελευταίοι είχαν αμφισβητηθεί. Η φάση του ετήσιου κύκλου τους ήταν «σχεδόν αντίθετη» με τα αποτελέσματα από τη μοντελοποίηση των υπολογιστών και τις παρατηρήσεις στα βόρεια του καναλιού της Μοζαμβίκης.

Αυτή η επικύρωση με τις αγκυροβολημένες μετρήσεις ήταν απαραίτητη για να μπορούν οι επιστήμονες να χρησιμοποιούν τα δεδομένα του υψομέτρου ως δείκτη 20 ετών της μεταφοράς του Current. Αυτός ο δείκτης προσέφερε ένα πολύ μεγαλύτερο αρχείο για την εξέταση εποχιακών και διαχρονικών αλλαγών στο Current.

Σημαντική ήταν η απάντηση του Agulhas στην εντατικοποίηση των παγκόσμιων ανέμων από τη δεκαετία του 1990. Η μέση ροή των Αγκουλίων δεν έχει αυξηθεί. Αυτό το εύρημα έρχεται σε αντίθεση με ορισμένες θεωρητικές προσδοκίες. Αντίθετα, η κατανομή του σημερινού πεδίου είναι πλέον ευρύτερη - αποδίδεται στην ενισχυμένη δράση φούσκας. Ένα φαινόμενο χτυπήματος είναι η μεγαλύτερη ανταλλαγή ιδιοτήτων νερού με παράκτια ύδατα. Τέτοιες αλλαγές στην παροχή θρεπτικών ουσιών ενδέχεται να επηρεάσουν την περιφερειακή αλιεία.

Agulhas System Climate Array (ASCA): 2015 - σήμερα
Αρχίζοντας το 2015, η Agulhas System Climate Array (ASCA) καταλαμβάνει το ίδιο transect με το ACT, κοντά στους 34 ° S. Το έργο περιλαμβάνει επιστήμονες από διάφορα έθνη. Σκοπός τους είναι να συλλέξουν επίμονες παρατηρήσεις του ρεύματος Agulhas για τουλάχιστον πέντε χρόνια.

Η συστοιχία ASCA περιλαμβάνει εννέα αγκυροβόλια που φτάνουν στα 200 χιλιόμετρα ανοικτής θάλασσας. Σε βαθιά νερά υπάρχουν επτά ψηλά αγκυροβόλια στα 4500 μ. Πιο κοντά στην ακτή υπάρχουν δύο αγκυροβόλιοι βυθού κοντά σε βάθος 100 μ. Οι τελευταίοι χρησιμοποιούν ADCP 300 kHz, ενώ οι βαθιές αγκυροβόλια φέρουν ADCPs Long Ranger 75 kHz.

Αυτές οι χρονοσειρές θα τεκμηριώνουν τις παραλλαγές στις ροές των ιδιοτήτων του νερού καθώς και τους όγκους που μεταφέρονται από το ρεύμα. Δύο πτυχές προσέλκυσαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον: μεταβολές σε πολλά χρόνια και ανταλλαγές με παράκτια ύδατα σημαντικά για την αλιεία.

Για την αντιμετώπιση της κλιματικής πτυχής της, το έργο ASCA θα εξετάσει ένα πλαίσιο σε όλη τη λεκάνη απορροής. Θα δοθεί έμφαση στην ωκεάνια μεταφορά θερμότητας.

Οι επιστήμονες της ASCA σχεδιάζουν να συγχωνεύσουν τα αποτελέσματα στο ρεύμα Agulhas με πληροφορίες από το εσωτερικό. Οι τελευταίοι προέρχονται από δορυφόρους και το profile Argo επιπλέει. Αυτές οι άλλες πηγές θα ποσοτικοποιήσουν μεγάλης κλίμακας μηχανισμούς (π.χ. αιολική ενέργεια, μακρινή κυκλοφορία των ωκεανών) που υποπτεύεται ότι προκαλούν μεταβλητότητα στο σύστημα Agulhas. Οι επιστήμονες θέλουν ιδιαίτερα να εξετάσουν ιδέες σχετικά με την αντίδραση του Μεγάλου Agulhas Current σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα - κυρίως παγκόσμια αιολικά συστήματα.

Κοιτάω μπροστά
Η επιρροή των κυριότερων ωκεάνιων ρευμάτων στο περιβάλλον μας - από τους τυφώνες μέχρι το κλίμα της γης - εκτιμάται τώρα ευρύτερα. Ωστόσο, η ανάπτυξη αυτής της κατανόησης υπήρξε - και παραμένει - προκλητική.

Απαιτείται συνδυασμός μεθόδων για τη διευκρίνιση των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Οι ακανόνιστες σειρές και τα μεγάλα ρεύματα των ωκεανών παρέχουν ένα βασικό συστατικό. Τα στοιχεία προέρχονται από ερευνητές που χρησιμοποιούν μοντέλα υπολογιστών και δορυφορικές παρατηρήσεις. Και drifters, ανεμόπτερα, και πλωτήρες μπορούν να παρέχουν στιγμιότυπα. Ωστόσο, δεν υπάρχει υποκατάστατο για να κρεμάσετε γύρω από αυτές τις βαθιές και ενεργητικές ροές.

Για τους επιστήμονες να βλέπουν μακροπρόθεσμες τάσεις και συνδέσεις μεγάλης κλίμακας, αυτές οι αγκυροβολημένες συστοιχίες πρέπει να συλλέγουν σταθερές χρονολογικές σειρές. Τα όργανα και οι γραμμές πρόσδεσής τους πρέπει να είναι ανθεκτικά. Και πρέπει να μετρηθούν τα ρεύματα υψηλής ταχύτητας των ωκεανών. Για όλες αυτές τις απαιτήσεις παρακολούθησης των ωκεανών, τα Teledyne RDI ADCP παραμένουν μια μοναδικά σχετική λύση.