Фронты Южного океана: где они на самом деле ✎

Оригинал: "New Perspectives on Frontal Variability in the Southern Ocean Using a Local Identification Scheme"
· Christopher C. Chapman
arXiv:1609.09616 · 2016-09-30 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Новый метод показывает, что фронты Антарктического циркумполярного течения не мигрируют, а раздваиваются и сливаются.

Контекст

Исследование фронтов Южного океана важно для понимания глобальной циркуляции и климата. Фронты разделяют водные массы и влияют на перенос тепла и углерода. Традиционно фронты определяли по контурам высоты морской поверхности, но этот метод даёт противоречивые результаты о миграции фронтов. Работа стоит рядом с исследованиями, использующими спутниковую альтиметрию и локальные градиентные методы, но предлагает более строгий подход к идентификации фронтов.

Методы

Метод WHOSE (Wavelet/Higher Order Statistics Enhancement) применяется к ежедневным картам абсолютной динамической топографии за 1993–2015 годы. Он использует вейвлет-разложение и статистику высоких порядков для выделения ступенчатых сигналов, характерных для фронтов, из шума. Затем строятся карты частоты появления фронтов, которые аппроксимируются суммой скошенных нормальных функций. Число функций определяется с помощью информационного критерия Акаике, что позволяет оценить количество фронтов в каждой долготе.

Результаты

Число фронтов сильно варьирует вдоль долготы: от 2 до 15. Увеличение числа фронтов (расщепление) происходит после крупных топографических препятствий, например плато Кергелен, а уменьшение (слияние) — в районах, где рельеф дна контролирует течение. Меандрирование фронтов остаётся относительно постоянным, со стандартным отклонением около 0,5° широты. За 1993–2014 годы не обнаружено значимого смещения фронтов к югу, а чувствительность к Южному кольцевому модулю и Эль-Ниньо слабая и локальная.

Значение

Работа показывает, что локальные методы детекции фронтов дают более реалистичную картину их изменчивости, чем контурные методы. В отличие от соседних исследований, использующих контуры высоты морской поверхности, здесь фронты рассматриваются как непостоянные структуры, которые могут расщепляться и сливаться. Это меняет понимание динамики Антарктического циркумполярного течения и указывает на необходимость пересмотра выводов о миграции фронтов.

Развитие

Будущие исследования могут сосредоточиться на изучении последствий реорганизации фронтов для крупномасштабной циркуляции. Также важно более точно определить режимы фронтов и их связь с потенциальной завихренностью. Возможно применение метода к другим регионам и типам данных, например к температуре поверхности океана.

Влияние

Результаты повлияют на океанографию, климатологию и моделирование циркуляции Южного океана. Они помогут улучшить интерпретацию спутниковых данных и прогнозы изменений климата.

Следующие шаги

Следующим шагом может быть анализ связи между расщеплением фронтов и переносом трассеров. Также стоит сравнить метод WHOSE с другими локальными методами на независимых данных.

Ключевые проблемы

Работа связана с проблемой определения фронтов в океане и их роли в перемешивании водных масс. Она поднимает вопрос о том, как реорганизация фронтов влияет на вентиляцию глубинных вод и обмен свойствами между широтами.

Фронты Южного океана могут расщепляться на несколько ветвей, как река, разделяющаяся на рукава в дельте.

K(x) = \frac{E[(x-\bar{x})^4]}{(E[(x-\bar{x})^2])^2} - 3
Мера остроты пика распределения; для нормального распределения равен нулю, для ступенчатых сигналов отличен от нуля.

Ключевые числа

  • Период данных: 1993–2015 (21 год)
  • Число фронтов: от 2 до 15 в зависимости от долготы
  • Стандартное отклонение меандрирования: около 0,5° широты
  • Максимальное смещение фронтов за период: менее 1° широты
  • Разрешение сетки данных: 1/4° (эффективное ниже)
Понятия
OISST v2.1 температура поверхности моря теплосодержание океана южная осцилляция аномалия температуры поверхности моря Ниньо 4 тихоокеанская декадная осцилляция энсо океанический индекс нино морская волна тепла объём тёплой воды относительный они океаническое течение напряжение ветра эмпирическая ортогональная функция ERSST распространение экваториальных волн диаграмма ховмюллера естественная изменчивость вейвлет-преобразование