Bedford Institute of Oceanography, Fisheries and Oceans Canada, Dartmouth, Nova Scotia, Canada

Corespondență cu: I. Yashayaev,

Bedford Institute of Oceanography, Fisheries and Oceans Canada, Dartmouth, Nova Scotia, Canada

Bedford Institute of Oceanography, Fisheries and Oceans Canada, Dartmouth, Nova Scotia, Canada

Corespondență cu: I. Yashayaev,

Bedford Institute of Oceanography, Fisheries and Oceans Canada, Dartmouth, Nova Scotia, Canada

Abstract

S-a înregistrat o adâncire progresivă a convecției de iarnă în Marea Labrador din 2012, adâncimea maximă a profilului individual depășind 1800 m din 2014 și atingând 2100 m în 2016. Această creștere, în timpul fazelor pozitive repetate ale oscilării Atlanticului de Nord (NAO) de iarnă, seamănă cu cea din timpul formării adâncimii record (2500 m) clasa Labrador Sea Water (LSW) în 1987–1994, atribuită forțării NAO pozitive repetate care a oferit o condiționare critică. Clasa LSW 2012–2016 este una dintre cele mai profunde și persistente observate vreodată (din 1938). Observațiile pe tot parcursul anului de la profilarea flotoarelor Argo începând din 2002, completate de sondaje anuale, oferă informații noi despre evoluția sezonieră până la deceniu a LSW, cum ar fi densitatea sa variabilă, precondiționarea recentă pe mai mulți ani și densitatea sa din 2016 fiind cea mai mare de la mijlocul ‐1990. Aceste constatări ar trebui să ajute programele internaționale de observare și studiile de model numeric care să investigheze influențele LSW asupra circulației subpolare a Atlanticului de Nord și a Atlanticului Meridian de răsturnare.

Rezumatul limbajului simplu

1. Introducere

AMOC este complex și dificil de măsurat și multe probleme cheie legate de modificările sale istorice, precum și cele actuale și viitoare rămân nerezolvate [Mai mult, 2012; Buckley și Marshall, 2016]. Două probleme aflate în dezbaterea actuală în comunitatea de cercetare oceanografică sunt (i) dacă puterea AMOC în medie pe perioade de timp interanuale până la - decenale este de fapt în scădere [de ex., Rahmstorf și colab., 2015; Parker și Ollier, 2016] și (ii) dacă variațiile interanuale - decenale ale convecției profunde în Marea Labrador (LS) - regiunea de ventilație primară pentru apele cu strat intermediar din nordul NA (Figura 1) - rezultă modificările AMOC [de ex., Mai mult, 2012]. În această lucrare, raportăm observațiile hidrografice recente din LS, care sunt extrem de relevante pentru aceste probleme și au un potențial ridicat de a fi contribuții valoroase la progresul comunitar mai larg (observațional și de modelare) privind variabilitatea climatică regională și globală.

convecției

NA nordică este recunoscută pe scară largă ca fiind o zonă cu atmosferă puternică - cuplare gheață - ocean și decadal - variabilitate și incertitudine la scară în modificările sale pe termen lung de temperatură, salinitate și densitate în ultimul secol [de ex., Terray, 2012; Rhein și colab., 2013]. Predominanța variabilității decadale pe o tendință pe termen mai lung este deosebit de adevărată sub stratul de suprafață sezonier în LS [Yashayaev și Loder, 2016, denumit în continuare YL2016]. Aici raportăm că convecția de iarnă din ce în ce mai adâncă în LS în perioada 2012–2015 descrisă de YL2016 a fost urmată de o convecție și mai profundă în iarna 2016, rezultând cel mai recent picnostad de apă de mare din Labrador (LSW) fiind cel mai adânc, mai gros și mai dens din perioadă modernă de convecție record din 1987–1994 și una dintre cele mai profunde observate vreodată (din 1938). Având în vedere schimbările pe scară largă în circulația NA și conținutul de căldură atribuite forțării atmosferice anormale la începutul anilor 1990 [de exemplu., Polyakov și colab., 2010; van Sebille și colab., 2011], această revenire recentă a convecției puternice semnalează o variabilitate decenală importantă.

2 Date și metode

Sursele noastre principale de date și metodologia sunt profilurile de temperatură și salinitate din sondajele navale Fisheries and Oceans Canada (DFO) și din plutitoarele Argo (YL2016) și un amestec de analize standard și noi. Principalele adăugiri de date aici sunt observațiile de la plutitoarele Argo până în noiembrie 2016 și sondajul anual al conductivității - temperaturii - adâncimii (CTD) al DFO al AR7W (Atlantic Repeat Hydrography Line 7 West) în LS în mai 2016 (Figura 1). De asemenea, ne bazăm pe seturi de date hidrografice istorice (KY2015), indicele NAO de iarnă (ianuarie - martie) și SUA Date de reanaliză a Centrelor Naționale pentru Predicții de Mediu (NCEP) disponibile de pe diverse site-uri web, așa cum este subliniat în YL2016.

Adăugarea metodologică primară aici este un recensământ volumetric de temperatură - salinitate pentru porțiunea centrală a liniei AR7W în primăvara 1994 și 2016, anii culmi ai celor mai mari perioade de convecție multianuală din LS de cel puțin mijlocul anilor 1980. În această analiză, utilizăm profiluri de temperatură și salinitate de la proiecții CTD de adâncime completă de-a lungul unui segment de 470 km al liniei AR7W, ponderate de distanța orizontală reprezentată de fiecare profil și calculăm grosimile stratului pentru suprapunerea temperaturii de 0,1 ° C cu 0,01 salinitate pubele. Pentru a obține estimări ale volumului LSW, efectuăm un recensământ similar pentru

0,02 coșuri în fiecare an și înmulțiți grosimea miezului LSW cu o estimare a ariei miezului în timpul epocii Argo cu acoperire largă a datelor.

3. Rezultate

3.1 Extinderea și extrema LSW

Localizarea zonei de convecție LS poate fi văzută în distribuțiile temperaturii medii anuale climatologice subterane (100 m) și a grosimii medii de iarnă 2002-2015 a picnostadei LSW (pe baza σ1 valori care se încadrează în ± 0,01 kg m −3 din valoarea sa de bază) din Figura 1. Sub stratul de suprafață sezonier, LS are cele mai reci ape oceanice superioare din întregul ocean deschis NA sud de Islanda. Aceste ape se extind spre sud în curentul Labrador de-a lungul marginii continentale și, în general, spre est, spre nord-estul NA, ca parte a girului subpolar. Pycnostadul LSW se extinde, de asemenea, spre est de Groenlanda, pe lângă binecunoscuta cale de ieșire a ecuatorului de-a lungul marginii de vest [de ex., Talley și McCartney, 1982; Fischer și colab., 2010] (ceea ce nu este evident aici din cauza grosimii reduse a curentului de limită). Contribuția importantă a advecției în general spre vest a apei relativ calde (și, mai important, relativ saline) în mările Irminger și Labrador [de ex., Häkkinen și colab., 2011] poate fi, de asemenea, văzut, în concordanță cu contribuțiile atât de răcire atmosferică, cât și de sare adusă la densificarea oceanului superior de iarnă în aceste zone de convecție (YL2016).

Extensiile verticale și transversale ale picnostadului LSW în primăvara a trei ani de convecție contrastante sunt prezentate în Figura 2, cu distribuțiile temperaturii (potențiale), salinității, densității (potențiale) și oxigenului dizolvat. În iarna 1994, după convecție din ce în ce mai profundă din 1987 [de ex., Dickson și colab., 1997; Y2007], picnostadul s-a extins la 2500 m într-un singur profil și la 2400 m într-un sens „agregat” (a se vedea mai jos), rezultând clasa record LSW1987-1994 cu temperatură relativ relativă, salinitate, densitate și oxigen dizolvat care se extinde pe majoritatea a bazinului. Rețineți că până la aceste anchete din mai, s-a dezvoltat un strat subțire de apă relativ caldă, proaspătă și ușoară.

Spre deosebire de 1994, pycnostad s-a extins la numai 800 m în 2011 - a doua cea mai mică adâncime din era Argo (după 600 m în 2010) - cu apă mai puțin uniformă și mai caldă, mai salină, mai ușoară și mai oxigenată în 200-800 m interval de adâncime. Anul 2011 a fost un an aproape record la cealaltă extremă, temperatura și salinitatea anuală fiind medii peste intervalul vertical 200-2000 m în LS central, având unele dintre cele mai mari valori observate vreodată (printre cele din anii 1970, 1971, 2010 și 2013) și densitățile corespunzătoare având valori înregistrate scăzute (Figura 3). Această fază (încălzire și creștere a salinității) a avut loc oarecum treptat între 1994 și 2011, întreruptă de perioade mai slabe și mai scurte de convecție intensificată în 2000-2003 și respectiv 2008 (și clasele LSW2000-2003 și LSW2008; vezi figurile S1 - S3 în informații justificative pentru distribuțiile de proprietăți AR7W în ani reprezentativi).

Distribuțiile din mai 2016 (Figura 2) indică o schimbare substanțială a condițiilor LSW înapoi către cele de la începutul anilor 1990, în doar o perioadă de 5 ani (Figura 3). Pycnostad, de acum înainte LSW2012–2016, a fost relativ larg și profund comparat cu cel din 2011 (și anii anteriori din era Argo, cu excepția 2002, 2003 și 2008) și relativ răcoros, proaspăt, dens și bine oxigenat la adâncimi de 1500– 2000 m. Adâncimea maximă de convecție agregată (luată ca percentila 75 a adâncimilor de convecție a profilului individual; YL2016) a fost de 1900 m, cu un profil individual maxim de 2100 m.

3.2 Evoluția în timp a LSW2012–2016

Dezvoltarea LSW2012–2016 poate fi văzută mai detaliat în combinația dintre graficele timp - adâncime ale proprietăților mediat spațial în LS central (Figura 4), distribuția proprietăților pe AR7W în sondajele anuale (Figurile 2 și S1– S3) și temperatura - salinitatea (θ - S) parcele pentru LS central din aceste anchete (Figura 5). Pentru a plasa graficele cu adâncime de timp de 5,5 ani (Figura 4) într-o perspectivă pe termen mai lung, cititorul se referă la graficele de rezoluție lunară corespunzătoare pentru perioada de 13 ani 2002–2015 și graficele de adâncime de timp de temperatură anuală, salinitate, și densitatea pentru 1938-2015 în YL2016.

Pe lângă afișarea evoluției sezoniere a proprietăților și a grosimilor stratului de densitate în anii individuali, Figura 4 oferă o imagine fără precedent a evoluției lor în perioada de precondiționare multianuală care a dus la formarea clasei majore LSW2012–2016. A existat o conectivitate limitată între picnostadele superficiale care s-au dezvoltat în timpul iernilor din 2009 până în 2011 (YL2016). Cu toate acestea, începând din iarna 2012, când adâncimea maximă de convecție a fost de 1300 m, a existat o creștere a persistenței de la an la an a apei recent ventilate la adâncimi intermediare, în special în ceea ce privește grosimea stratului de temperatură și densitate.

3.3 Variabilitate pe termen mai lung

Figura 5c are o comparație a proprietăților și grosimii claselor majore LSW2012–2016 și LSW1987–1994 în temperatură - spațiu de salinitate, folosind 0,1 ° C θ cu 0,02 S pubele. Cea mai recentă clasă a fost mai caldă (

2,7 ° C), puțin mai ser fiziologic

32.83) și mai ușor (nucleu σ1 valoare de

În cele din urmă, observăm schimbări semnificative începând cu 1994 în apele adânci din nord-estul Atlanticului de Nord-Est (NEADW) și în apa de revărsare a strâmtorii Danemarcei (DSOW) din Figura 5, cum ar fi o inversare a împrospătării în ultimele patru decenii [Dickson și colab., 2002; Yashayaev și Dickson, 2008; Sarafanov și colab., 2010] care va fi discutat în altă parte.

4 Puncte finale

Extracția de căldură de suprafață medie peste LS centrală în patru din ultimele cinci ierni, asociată cu anomalii NAO pozitive, a inversat tendințele adâncimilor maxime de convecție și a temperaturii, salinității și densității medii pe verticală care au avut loc în ultimii 16 ani. Aceasta și inversările anterioare la începutul anilor 1950, la începutul anilor 1970 și la începutul anilor 1990 au dus la o variație predominantă bidecadală în formarea claselor majore de LSW și ventilație asociată a apelor de adâncime intermediară din Atlanticul de Nord-Vest. Clasa LSW2012–2016 rezultată, care implică precondiționarea din cauza iernilor succesive (destratificatoare) succesive, este cea mai mare de la înregistrarea clasei LSW1987-1994 și un candidat puternic pentru a doua ca mărime (în profunzime și durată combinate) din recordul modern (din 1938 ), cu o grosime medie (și un volum) în LS central în primăvara anului 2016 aproximativ 78% din cea din primăvara 1994. Această variabilitate puternică, aparent naturală, la scară, face foarte dificilă determinarea dacă modificările antropice semnificative în formarea LSW și au apărut proprietăți.

Cu toate acestea, luând în considerare diferitele referințe citate în secțiunea 1, apariția unei convecții profunde relativ puternice în Mările Labrador și Irminger în ultimii ani are implicații potențial importante pentru variabilitatea oceanografică din Atlanticul de Nord subpolar și posibil în AMOC. Cu toate acestea, sunt necesare analize suplimentare, în special bazându-se pe observații și interpretări de model din diferite programe regionale, Argo în curs și alte programe internaționale [de ex., McCarthy și colab., 2015b; Srokosz și Bryden, 2015], și noua rasturnare coordonată la nivel internațional în cadrul programului subpolar pentru Atlanticul de Nord [Lozier și colab., 2016]. Rămâne de văzut dacă această recentă intensificare a ventilației oceanului de adâncime intermediară într-o parte cheie a sistemului climatic al Pământului a atins apogeul sau va continua și care vor fi impacturile sale.

Mulțumiri

Recunoaștem cu recunoștință programele Argo internaționale și canadiene, Programul de monitorizare off-shelf al zonei Atlanticului (AZOMP) al DFO, care a ocupat linia AR7W anual din 1990, și diferite organizații internaționale ale căror seturi de date au contribuit la baza observațională a acestei lucrări. Mulțumim în special colegilor noștri de mare pentru rolul lor critic. Mulțumim, de asemenea, Ingrid Peterson și trei recenzori anonimi pentru comentariile lor constructive. Profilurile Argo au fost descărcate de la cele două centre globale de asamblare a datelor indicate pe site-ul internațional Argo, variabilele fluxului aer - mare din S.U.A. Site-ul web NCEP și seria cronologică NAO din S.U.A. Site-ul web al Sistemului Global de Observare a Climei (GCOS) (a se vedea YL2016 pentru linkuri).

Descrierea numelui de fișier
grl55326-sup-0001-Supplementary.docxWord 2007 document, 7,1 MB Informații suport S1
grl55326-sup-0002-Document FigureS1.docxWord 2007, 719,6 KB Figura S1
grl55326-sup-0003-FigureS2.pngPNG imagine, 9,3 MB Figura S2
imagine grl55326-sup-0004-FigureS3.pngPNG, 9,6 MB Figura S3
grl55326-sup-0005-ImageS4.pngPNG imagine, 8,5 MB Figura S4
imagine grl55326-sup-0006-FigureS5.pngPNG, 1,2 MB Figura S5
grl55326-sup-0007-FigureS6.pngPNG imagine, 981,4 KB Figura S6

Vă rugăm să rețineți: editorul nu este responsabil pentru conținutul sau funcționalitatea oricăror informații de susținere furnizate de autori. Orice întrebări (altele decât conținutul lipsă) ar trebui să fie adresate autorului corespunzător pentru articol.