Постоянное профилирование тока Агульса

(Кредит: J. Vorneveld в Morris и др. (SAEON) 2017)

Рис. 1 - ADCPs Teledyne RDI, расположенные в верхних буях AARA Mooring Array. (Кредит: SAEON Egagasini Node. Http://asca.dirisa.org/)

Рисунок 2 - Расположение причальной арки LOCO на канале Мозамбик. (Кредит: H. Ridderinkhof (NIOZ) 2006. https://goo.gl/FrCL2b)

Рисунок 3 - Более поздняя установка причалов LOCO в Мозамбикском канале. Отображаются профили ADCP. Весы: глубина (м), расстояние (км). (Адаптировано из H. Ridderinkhof и др. (NIOZ) 2010. https://doi.org/10.1029/2009JC005619)

В течение последних двух десятилетий система Greater Agulhas Current была тщательно изучена с обширными и постоянными причальными массивами. Критическим элементом был захват объема, переносимого сильными течениями в верхнем океане. По этой причине многие швартовые линии были увенчаны просмотром ADCP Teledyne RDI. (Кредит: J. Ullgren (NIOZ) 2010. https://goo.gl/SJ4dWJ)

Previous Next

Два десятилетия пришвартованных ADCP из Южной Африки

В течение последних двух десятилетий энергичные и глубокие течения у южной части Африки наблюдали постоянный контроль. Находясь на западном краю Южного Индийского океана, система Agulhas Current демонстрирует сложные картины циркуляции - ретрофлексию, извилистость и кольца. Они показывают большую изменчивость из года в год. Плюс эти потоки опосредуют обмены между тремя основными мировыми океанами: Индийским, Атлантическим и Южным.

Еще более важно, что в настоящее время, как ожидается, в настоящее время, как ожидается, влияние Большого Агулхасского течения повлияет на глобальную климатическую систему. Его роль заключается в предпосылковых водах, которые позже входят в нисходящую часть глобального опрокидывающего оборота.

Измерение этих токов было сложным. Чтобы охватить их масштабы, измерения должны достигнуть глубины. Чтобы разрешить изменения с течением времени, измерения должны быть устойчивыми. И чтобы выжить, постоянные методы измерения должны выдерживать энергию этих мощных токов. Например, поверхностные дрифтеры, поплавки и планеры быстро сметены.

Программы долгосрочных измерений крупных океанских течений основаны на упругих причалах. И для измерения сильных течений в верхнем океане эти причалы несут ADCP.

В этом отчете мы рассмотрели несколько последовательных кампаний за два десятилетия, которые использовали ADCP Teledyne RDI для измерения Большого Агульского тока. Чтобы помочь захватить эту невероятно динамичную систему, каждая кампания фиксировала ADCP на швартовых линиях и на морском дне в составе обширных массивов наблюдений.

В течение десятилетия голландские ученые сосредоточились на силе, изменчивости и структуре восходящих потоков, питающих Agulhas.

Позже, в юго-восточном уголке Южной Африки, американские исследователи завершили эксперимент Agulhas Current Time Series (ACT), который контролировался в течение трех лет. Одно использование их данных было основополагающим для создания долгосрочного спутникового индекса для изменений в Agulhas Current.

И теперь продолжающаяся многонациональная программа продолжает работу - Agulhas System Climate Array (ASCA). Он собирает постоянные наблюдения в течение как минимум пяти лет для изучения региональных и глобальных воздействий, в частности вопросов климата.

Обширный и устойчивый мониторинг текущих событий в Южной Африке
Потоки Агулхаса текут в восточном направлении от восточного побережья Южной Африки. Этот основной поток оказывает различное влияние - локально и глобально. Для южной части Африки Agulhas влияет на морские перевозки и региональную погоду на местное биоразнообразие. В глобальном масштабе свойства воды Agulhas теперь связаны с климатической системой Земли.

Примерно одна шестая часть, которую несет Агулхас, покидает Индийский океан для Атлантики. Палео исследования показывают, что количество варьировалось в течение эонов. Ниже верхушки Южной Африки меандры в Агулхасе закрываются и превращаются в кольца большого диаметра. Эти кольца распространяются далеко на запад в центральную Атлантику. Они обеспечивают источник более теплых и более соленых вод для возвращающейся конечности глобального опрокидывающего кровообращения.

Результатом исследований климата является повышенный интерес к изменению этих колец. Связанные исследования рассмотрели, что вызывает их предшественников в агулхасе. В свою очередь, это фиксированное внимание к вихрям, входящим в систему Agulhas дальше вверх по течению.

Чтобы разгадать эту сложность, система Greater Agulhas Current была тщательно изучена с помощью обширных и постоянных причальных массивов в течение последних двух десятилетий. Критическим элементом был захват объема, переносимого сильными течениями в верхнем океане. По этой причине многие швартовые линии были увенчаны просмотром ADCP Teledyne RDI.

На стороне примечания-ADCP имеют долгую историю в этих водах. В середине 1980-х годов профессор Фриц Шотт (Университет Майами) использовал раннее использование перспективных АЦПР на причалах в Африке, в том числе в театре Э. Мадагаскара.

Эксперимент по источникам тока в Агулхасе (ACSEX): 2000-2001 гг.
К концу 1990-х годов ученые были не уверены, что из Мозамбика существует непрерывный пограничный поток для снабжения Агулхаса. Чтобы прояснить этот вопрос, голландские ученые провели эксперимент по источникам тока в Агулхасе (ACSEX) в 2000-2001 годах. Исследование проводилось НИОЗ (Нидерландский институт морских исследований) и его партнерами. Проект был сосредоточен на силе, изменчивости и структуре течений.

Семь причалов растянулись на Мозамбикский канал в течение одного года. Наводящие ADCP были установлены на глубине 500 м с западной стороны, где можно было ожидать граничного тока. Убедительный вывод заключался в том, что количество и направление воды, перемещаемой через Канал, колебались значительно больше, чем среднегодовая величина в течение года. Исследователи пришли к выводу, что не было постоянного Мозамбикского течения.

Перемещение массы воды и имущества через Канал происходило из-за регулярного поезда больших (300 км) вихрей, движущихся на юг. Прохождение этих вихрей было ясно в ADCP и текущих данных счетчика. Это помогло интерпретировать спутниковые данные.

Комбинированный анализ усилил идеи о том, что вихри, дрейфующие на юг, были динамическими катализаторами. Мало того, что они испускают мезомасштабную изменчивость в течении Агулхаса, но они влияют на объем воды, переносимой в Атлантику.

Долгосрочные наблюдения за океаническим климатом (LOCO): 2003-2012 гг.
Благодаря своим интригующим выводам, ACSEX стал трамплином для гораздо более длительного обсервационного исследования. Это было частью голландской программы глобальных исследований под названием «Долгосрочные наблюдения за океаном» (LOCO).

Начиная с 2003 года, NIOZ и его партнеры установили семь глубоких причалов на 17 ° S, через самую узкую часть Мозамбикского канала. Проект LOCO несколько раз развернул обширный швартовный массив. Полный массив был устойчивым в течение семи лет, а уменьшенный массив был еще дольше.

Верхние 500 м содержали самые сильные токи. В начальном дизайне массива шесть причалов были увенчаны восходящими АЦПР с частотой 75 кГц от Telidyne RDI. На западной стороне канала у причалов были ADCP с близлежащими кроватями, чтобы увидеть Undercurrent, который направлен на экваториальность.

Набор данных охватывает много лет с неизменно впечатляющим пространственным охватом в Мозамбикском канале. По мере того как доступная запись увеличивалась, голландские ученые изучали различные аспекты объемного транспорта через канал. В частности, эта долговечность необходима для связи с удаленными системами тока в экваториальных и индонезийских регионах.

Исследователи заметили, что изменчивость в транспорте может быть разделена на три категории. Для более коротких временных масштабов повторяющиеся большие вихри, проходящие на юг, доминируют в изменениях в транспорте. Эти оценки стали более статистически достоверными, когда они основаны на более длительной записи данных.

В течение сезонных периодов умеренные изменения объемов потока были связаны с моделями стресса ветра в бассейне Индийского океана.

В межгодовой шкале времени были обнаружены изменения, значительно превышающие сезонные колебания. Эти колебания в объемном транспорте были связаны с крупномасштабными колебаниями климата. Последние идентифицируются региональным климатическим индексом - ИОД (Диполь в Индийском океане).

Воздействие деталей этого тонкого климатического соединения было возможно из-за большой продолжительности набора данных. Примечательно, что между изменениями индекса климата IOD и соответствующим изменением объемов воды, подаваемых на ток Агулхаса, обнаружено отставание почти в 12 месяцев.

Agulhas Current Time-Series Experiment (ACT): 2010-2013
Дальше к югу, еще один обширный пришвартованный массив охватил Agulhas Current с 2010 по 2013 год. Этот проект был экспериментом серии Agulhas Current Time Series (ACT), возглавляемым профессором Лизой Бил из Университета Майами. Расположенный на юго-восточном побережье Южной Африки, в водах до глубины 4700 м секция ACT была установлена ​​вдоль наземной дорожки спутникового альтиметра.

Швартовка включала семь причалов полной глубины. Первоначально каждый швартовщик был увенчан выступом ADCP для наблюдения за сильными потоками в верхних 350 м. Пиковые скорости были почти 2 м / с. В более позднем развертывании причалы вблизи ядра Тока были прекращены глубже. Они рассчитали на частоту 75 кГц Long Ranger ADCP для измерения токов в верхних 500 м.

Ток имел ширину около 200 км и достигал глубины 3000 м. Перевезенная вода составляла 84 миллиона кубических метров в секунду. Аналогичный сброс был зарегистрирован для верхних 2000 м Гольфстрима, где он покидает побережье США.

В дополнение к количественной оценке объема воды, переносимой Agulhas, данные швартовки показали, как этот транспорт изменился с сезоном. Эти наблюдения предоставили наземную истину, которая поддерживала предыдущие результаты на основе спутников. Раньше последний был допрошен. Фаза их годового цикла была «почти противоположной» результатам компьютерного моделирования и наблюдений дальше на север в Мозамбикском канале.

Эта проверка с помощью пришвартованных измерений была необходима для того, чтобы ученые могли использовать данные высотомера в качестве 20-летнего индекса переноса тока. Этот индекс предоставил гораздо более длинную запись для изучения сезонных и межгодовых изменений в текущем.

Важное значение имел ответ Агулхаса на активизацию глобальных моделей ветра с 1990-х годов. Средний поток Agulhas не увеличился. Это открытие противоречит некоторым теоретическим ожиданиям. Скорее, распределение текущего поля в настоящее время более широкое - связано с усиленным вихревым действием. Один эффект детонации - это больший обмен водными свойствами с прибрежными водами. Такие изменения в питательном питании могут повлиять на региональные промыслы.

Agulhas System Climate Array (ASCA): 2015 - настоящее время
Начиная с 2015 года климатический массив Agulhas System (ASCA) занимает тот же участок, что и ACT, около 34 ° ю.ш. В проекте участвуют ученые из нескольких стран. Они нацелены на сбор постоянных наблюдений за Агульским течением в течение как минимум пяти лет.

Массив ASCA включает в себя девять причалов, достигающих 200 км от берега. В глубокой воде семь высоких причалов до 4500 м. Ближе к берегу находятся два причала морского дна на глубине 100 м. Последние используют ADCP 300 кГц, тогда как глубокие причалы несут ACK с длинными рейнджерами 75 кГц.

Эти временные ряды будут документировать изменения в потоках свойств воды, а также объемы, транспортируемые Током. Особый интерес вызвали два аспекта: изменения в течение нескольких лет и обмены с прибрежными водами, важными для рыболовства.

Рассматривая свой климатический аспект, проект ASCA рассмотрит общий контекст в бассейне. Океанический транспорт тепла будет подчеркнут.

Ученые ASCA планируют объединить результаты в Токе Агулхас с информацией изнутри. Последние исходят от спутников и профилей Argo, плавающих. Эти другие источники будут количественно определять крупномасштабные механизмы (например, ветер, отдаленная циркуляция океана), которые, как предполагается, вызывают изменчивость в системе Agulhas. Ученые особенно хотят изучить идеи об ответе Большого Агулхасского течения на изменяющийся климат - особенно глобальные ветровые системы.

Заглядывая вперед
Влияние крупных океанских течений на нашу среду обитания - от ураганов до земного климата - теперь более широко оценивается. Однако развитие этого понимания было и остается сложным.

Для выяснения долгосрочных последствий глобального потепления необходимо сочетание методов. Привязанные массивы и основные океанские течения обеспечивают необходимый ингредиент. Исследования были получены исследователями с использованием компьютерных моделей и спутниковых наблюдений. И дрифтеры, планеры и поплавки могут предоставлять снимки. Но в этих глубоких и энергичных потоках нет никакой замены.

Для ученых, которые видят долгосрочные тенденции и широкомасштабные связи, эти пришвартованные массивы должны собирать устойчивые временные ряды. Их приборы и швартовые линии должны быть упругими. Должны быть измерены высокоскоростные токи в верхнем океане. Для всех этих требований к наблюдению за океаном, ADCP Teledyne RDI остаются уникальным решением.