Контурный ток - Loop Current

Эта статья об океаническом явлении. Схемы электрической сигнализации см. Текущая петля. Для переменной сетевого анализа см. контурный ток.
Карта петлевого течения

Родитель Флоридское течение, то Контурный ток теплый океаническое течение что течет на север между Куба и Полуостров Юкатан, движется на север в Мексиканский залив, поворачивает на восток и юг перед выходом на восток через Флоридский пролив и присоединение к Гольфстрим. Петлевое течение является продолжением западного пограничного течения Североатлантический субтропический круговорот.[1] Петлевые течения, являющиеся основным элементом циркуляции в восточной части Мексиканского залива, переносят от 23 до 27 единиц. сверхдрупы[2] и достигает максимальной скорости потока от 1,5 до 1,8 м / сек.[3]

Связанная особенность - область теплой воды с отметкой "Эдди "или" кольцо контура тока ", которое отделяется от тока контура случайным образом каждые 3-17 месяцев.[4] Эти кольца, вращаясь со скоростью 1,8–2 м / с, дрейфуют на запад со скоростью от 2 до 5 км / день и имеют срок службы до года, прежде чем они упадут на берег моря. Техас или же Мексика.[5] Эти водовороты состоят из теплых карибских вод и обладают физическими свойствами, которые изолируют массы от окружающих общих вод Персидского залива. Кольца могут иметь диаметр от 200 до 400 километров и простираться на глубину до 1000 метров.[6]

Влияние на тропические циклоны

Примерно в 1970 году считалось, что Петлеобразное течение имеет годовой цикл, в котором петля летом простирается дальше на север. Однако дальнейшие исследования, проведенные за последние несколько десятилетий, показали, что расширение на север (и сброс водоворотов) не имеет значительного годового цикла, но действительно колеблется в направлениях север-юг и восток-запад на пересечении ежегодно.[7]

Петлевое течение и его водовороты могут быть обнаружены путем измерения уровня поверхности моря. 21 сентября 2005 г. уровень поверхности как водоворотов, так и Петли был на 60 см (24 дюйма) выше, чем окружающая вода, что указывает на глубокую область теплой воды под ними.[8] В тот день, Ураган Рита прошел через течение Петли и с помощью теплой воды усилился в шторм 5-й категории.

В Мексиканском заливе самые глубокие области теплой воды связаны с петлевым течением, а кольца течения, отделившиеся от петлевого течения, обычно называются вихрями петлевого течения. Теплые воды петлевого течения и связанных с ним водоворотов дают ураганам больше энергии и позволяют им усиливаться.

Проходя через теплые районы Мексиканского залива, ураганы превращают океанское тепло в энергию шторма. Поскольку эта энергия удаляется из морей, на пути урагана может быть обнаружен след более холодной воды. Это связано с тем, что тепло отводится из смешанного слоя океана несколькими способами. Например, ощутимое и скрытое тепло передается непосредственно тропическому циклону на границе раздела воздух-море. Кроме того, горизонтальное расхождение ветровых течений смешанного слоя приводит к подъему более холодной термоклинной воды. Наконец, турбулентный унос более холодной термоклинной воды, вызванный перемешиванием ветра, также приводит к охлаждению поверхностных вод.[9] По этим причинам глубина смешанного слоя океана более важна при углублении урагана, чем температура поверхности моря. Тонкий слой теплых поверхностных вод будет более восприимчив к охлаждению, вызванному ураганом, чем воды с большим смешанным слоем и более глубоким термоклином. Кроме того, модели предполагают, что циклоны с большей вероятностью достигнут большей доли своей максимальной потенциальной интенсивности над теплыми океаническими элементами, где изотерма 26 ° C простирается за пределы 100 метров.[10][11]

Примером того, насколько глубокая теплая вода, включая петлевое течение, может усилиться ураган, если другие условия также благоприятны, является Ураган Камилла, которая вышла на берег Побережье залива Миссисипи в августе 1969 года. Камилла образовалась в глубоких теплых водах Карибского моря, что позволило ему быстро превратиться в ураган категории 3 за один день. Он обогнул западную оконечность Кубы, и его путь пролегал прямо над Кольцевым течением, на север, к побережью, и в это время продолжалось быстрое усиление. Камилла стала ураганом категории 5, с редкой интенсивностью и чрезвычайно сильными ветрами, которые сохранялись до выхода на сушу (по оценкам, устойчивые ветры со скоростью 190 миль в час (310 км / ч) возникали в очень небольшой области справа от глаза) .

В 1980 г. Ураган Аллен усилился до урагана 5-й категории при движении над Петлевым течением, но ослаб перед выходом на берег в Техасе.

В 2005 году, ураган Катрина и Ураган Рита оба сильно увеличились в силе, когда они прошли над более теплыми водами Кольцевого Течения. Ураган Вильма 2005 г. ожидалось, что он достигнет берега Флориды как ураган категории 2, но после столкновения с юго-восточной частью Кольцевого течения он достиг побережья Флориды как ураган категории 3.[12]

Хотя не так печально, как Катрина, Ураган Опал наиболее наглядно иллюстрирует способность кольца с сердечником к углублению. После пересечения Полуостров Юкатан Опал снова вошла в Мексиканский залив и прошла над круговым течением над водоворотом. В течение четырнадцати часов давление на поверхности моря упало с 965 до 916 га, скорость ветра увеличилась с 35 до 60 метров в секунду, а радиус шторма снизился с 40 километров до 25 километров. До шторма изотерма 20 ° C располагалась на глубине от 175 до 200 метров, но после того, как шторм прошел, она была обнаружена на 50 метров ниже. Хотя большая часть этого вызванного ураганом охлаждения смешанного слоя была приписана апвеллингу (из-за расхождения Экмана), по оценкам, еще от 2000 до 3000 ватт / метр в квадрате были потеряны из-за теплового потока на границе раздела воздух-вода в ядре шторма. Кроме того, полученные с помощью буев показания температуры поверхности моря зафиксировали падение температуры на 2–3 ° C, когда Опал проходил над водоемами Персидского залива, но только на 0,5–1 ° C, так как шторм столкнулся с более массивным смешанным слоем океана, связанным с теплым ядром вихря. .[13]

В 2008, Ураган Густав прошел Петлевое течение, но из-за температуры течения (тогда только до 80-х градусов по Фаренгейту) и усеченного размера (простирается только на полпути от Кубы до Луизианы, с более прохладной водой между его концом и побережьем Луизианы) оставался ураганом категории 3, а не увеличивался по силе при прохождении над течением.[14][15]

Ураган Иван дважды проехал по кольцевому току в 2004 году.

Процесс

Усиление и ослабление урагана является результатом обширных термодинамических взаимодействий между атмосферой и океаном. Вообще говоря, изменение интенсивности урагана определяется тремя факторами. Во-первых, исходная интенсивность тропического циклона является преобладающим фактором, и его сила будет отражаться на протяжении всей жизни шторма. Во-вторых, термодинамическое состояние атмосферы, в которой движется циклон, будет влиять на его способность к усилению, поскольку сильные горизонтальные ветры будут рассеивать внутреннюю циркуляцию и предотвращать вертикальное накопление энергии в шторме. Третий компонент, влияющий на интенсивность урагана, - это теплообмен между верхним слоем океанических вод и ядром шторма.[16] По этой причине основное внимание в исследованиях ураганов уделялось температуре поверхности моря перед штормом. Однако недавние исследования показали, что температура поверхности менее важна для углубления урагана, чем глубина смешанного слоя океана. Фактически, давление на уровне моря урагана, как было показано, более тесно коррелирует с глубиной изотермы 26 ° C (и содержанием тепла в океане), чем с температурой поверхности моря.[17] Штормы, проходящие через контурное течение или теплые водовороты, имеют доступ к более прохладной воде и, следовательно, к более высокому энергосодержанию нагретых молекул.

Как только ураган Рита покинул Кольцевое течение и прошел над более холодной водой, его сила уменьшилась, но главным фактором в этом ослаблении был цикл замены глазных стенок (ERC) происходящие в то время. ERC и другие атмосферные факторы - вот почему Рита не усилила напряжение при последующем прохождении через вихревой вихрь.

Также обратите внимание: тропические депрессии, тропические штормы и ураганы усиливаются, но не управляются температурой воды. Они управляются атмосферой, и уровень атмосферы, участвующий в управлении ураганом, различается при разной интенсивности (т. Е. Он связан с минимальным давлением урагана).

Уровень моря и температура моря

Уровень моря относительно легко точно измерить с помощью спутниковых радаров. Температуру моря под поверхностью не так просто измерить в широком масштабе, но ее можно определить по уровню моря, поскольку вода более теплая. расширяется и таким образом (при прочих равных условиях, например, глубина воды) вертикальный столб воды при нагревании поднимется немного выше. Таким образом, уровень моря часто используется как показатель температуры на глубине моря.

NOAA с Национальный центр буев данных поддерживает большое количество буев для сбора данных в Мексиканском заливе, некоторые из которых измеряют температуру моря на глубине одного метра от поверхности.

Биология

Петлевые течения и петлеобразные вихри влияют на биологические сообщества в Мексиканском заливе. В целом, однако, на эти сообщества влияют не петлевые токи теплого ядра и не сами водовороты. Вместо этого вокруг границы петлевого течения и петлевого течения формируются более мелкие объекты холодного ядра, известные как фронтальные вихри, которые влияют на биологические сообщества в Персидском заливе.

Фронтальные вихри петлевого тока - это холодные, вращающиеся против часовой стрелки (циклонические) вихри, которые образуются на границе петлевого течения или около нее. LCFE имеют диаметр от 80 до 120 км.[18] Эти холодные элементы меньше, чем вихри с теплыми сердцевинами, которые образуются из-за течения петли.

Многочисленные исследования показали различия в биологических сообществах внутри и за пределами различных объектов в Мексиканском заливе. Более высокие запасы зоопланктона и микронектона были обнаружены в объектах холодного керна, чем в кольцевых течениях и вихрях.[19] Однако не было обнаружено различий в численности эвфаузиид, планктонных морских ракообразных, похожих на креветок, между областями апвеллинга и теплых вихрей.[20] но в 2004 г. было обнаружено, что численность гипериид внутри вихрей петлевого течения была ниже, чем снаружи.[21] Одновременно было обнаружено, что уровни питательных веществ (нитратов) были низкими на высоте более 100 метров в водоворотах с теплым ядром, в то время как уровни нитратов были высокими в холодных объектах.[22][23] Низкий запас хлорофилла, первичной продукции и биомассы зоопланктона оказался низким в НКП.[24]

Низкая концентрация хлорофилла и его первичная продукция, вероятно, являются результатом низкого уровня питательных веществ, поскольку многим планктонным видам для выживания необходимы нитраты и другие питательные вещества. В свою очередь, низкая первичная продукция может быть одной из причин того, что численность гетеротрофных (поедающих организм, в отличие от фотосинтезирующей) численности видов является низкой внутри петлевых токов и петлевых токов. В качестве альтернативы, температура может иметь значение для низкой численности обоих сообществ: атлантический голубой тунец выработал поведенческие паттерны, позволяющие избегать высоких температур, связанных с особенностями теплого ядра, такими как петлевое течение и вихри петлевого течения в Мексиканском заливе.[25] Возможно также, что планктонные виды также избегают более высоких температур в этих условиях.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Перес-Бруниус, Паула; Кандела, Хулио; Гарсия-Каррильо, Паула; Фьюри, Хизер; Бауэр, Эми; Гамильтон, Питер; и Лебен, Роберт. (Март 2018 г.). «Доминирующие модели циркуляции в глубокой Мексиканском заливе». Журнал физической океанографии. Американское метеорологическое общество. 48 (3): 511. https://doi.org/10.1175/JPO-D-17-0140.1 Сайт AMS Проверено 27 августа 2018.
  2. ^ Джонс, Вт; Townsend, T .; Fratantoni, D .; Уилсон, В. (2002). «О впадении Атлантики в Карибское море». Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 49 (2): 211–243. Bibcode:2002DSRI ... 49..211J. Дои:10.1016 / s0967-0637 (01) 00041-3.
  3. ^ Гордон, А (1967). «Круговорот Карибского моря». Журнал геофизических исследований. 72 (24): 6207–6223. Bibcode:1967JGR .... 72.6207G. CiteSeerX  10.1.1.602.8012. Дои:10.1029 / jz072i024p06207.
  4. ^ Стерджес, Вт; Лебен, Р. (2000). «Частота отделения колец от кольцевого течения в Мексиканском заливе: пересмотренная оценка». Журнал физической океанографии. 30 (7): 1814–1819. Bibcode:2000JPO .... 30.1814S. Дои:10.1175 / 1520-0485 (2000) 030 <1814: forsft> 2.0.co; 2.
  5. ^ Ой, L; Ezer, T .; Ли, Х. (2005). Кольца и связанная с ними циркуляция в Мексиканском заливе: обзор численных моделей и будущие задачи. Серия геофизических монографий. 161. С. 31–56. Bibcode:2005GMS ... 161 ... 31O. CiteSeerX  10.1.1.482.5991. Дои:10.1029 / 161gm04. ISBN  9781118666166.
  6. ^ Муерс, С. (1998). Внутриамериканское обращение. Море, Мировой прибрежный океан, региональные исследования и синтез. Джон Уайли и сыновья. С. 183–208.
  7. ^ Ой, L; Эзер, Т .; Ли, Х. (2005). Кольца и связанная с ними циркуляция в Мексиканском заливе: обзор численных моделей и будущие задачи. Серия геофизических монографий. 161. С. 31–56. Bibcode:2005GMS ... 161 ... 31O. CiteSeerX  10.1.1.482.5991. Дои:10.1029 / 161gm04. ISBN  9781118666166.
  8. ^ "CU-Boulder Researchers Chart Hurricane Rita через Мексиканский залив, по состоянию на 8 января 2012 г.". Архивировано из оригинал на 2013-05-27. Получено 2012-01-08.
  9. ^ Джеймс, Б. Шай, Л. (2009). «Смешанное послойное охлаждение в мезомасштабных океанических вихрях во время ураганов Катрина и Рита». Ежемесячный обзор погоды. 137 (12): 4188–4207. Bibcode:2009MWRv..137.4188J. Дои:10.1175 / 2009mwr2849.1.
  10. ^ DeMaria, M; Каплан, Дж. (1994). «Температура поверхности моря и максимальная интенсивность атлантических тропических циклонов». Журнал климата. 7 (9): 1324–1334. Bibcode:1994JCli .... 7.1324D. Дои:10.1175 / 1520-0442 (1994) 007 <1324: sstatm> 2.0.co; 2.
  11. ^ Шай, L; Goni, G .; Блэк, П. (2000). «Воздействие теплого океанического объекта на ураган Опал». Ежемесячный обзор погоды. 128 (5): 1366–1383. Bibcode:2000MWRv..128.1366S. Дои:10.1175 / 1520-0493 (2000) 128 <1366: eoawof> 2.0.co; 2.
  12. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-06-25. Получено 2008-04-09.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  13. ^ Шай, L; Goni, G .; Блэк, П. (2000). «Воздействие теплого океанического объекта на ураган Опал». Ежемесячный обзор погоды. 128 (5): 1366–1383. Bibcode:2000MWRv..128.1366S. Дои:10.1175 / 1520-0493 (2000) 128 <1366: eoawof> 2.0.co; 2.
  14. ^ «Густав направился к течению, которое разжигает большие бури». 2008-08-29. Получено 2008-09-01.
  15. ^ «Петлевой ток может вызвать мощный ураган Густав». 2008-08-30. Архивировано из оригинал на 2008-08-31. Получено 2008-09-01.
  16. ^ Эмануэль, К. (1999). «Термодинамический контроль интенсивности ураганов». Природа. 401 (6754): 665–669. Bibcode:1999Натура.401..665E. Дои:10.1038/44326. S2CID  4427513.
  17. ^ Джеймс, Б. Шай, Л. (2009). «Смешанное послойное охлаждение в мезомасштабных океанических вихрях во время ураганов Катрина и Рита». Ежемесячный обзор погоды. 137 (12): 4188–4207. Bibcode:2009MWRv..137.4188J. Дои:10.1175 / 2009mwr2849.1.
  18. ^ Le Hénaff, M .; Kourafalou, V.H .; Dussurget, R .; Лумпкин, Р. (2014). «Циклоническая активность в восточной части Мексиканского залива: характеристика по данным продольной альтиметрии и траекторий дрифтера на месте» (PDF). Прогресс в океанографии. 120: 120–138. Дои:10.1016 / j.pocean.2013.08.002.
  19. ^ Циммерман, Р. А .; Биггс, Д. К. (1999). «Картины распределения рассеивающего звук зоопланктона в вихрях с теплым и холодным ядром в Мексиканском заливе по данным узкополосной акустической съемки с доплеровским профилометром течений». J. Geophys. Res. Океаны. 104 (C3): 5251–5262. Bibcode:1999JGR ... 104.5251Z. Дои:10.1029 / 1998JC900072.
  20. ^ Gasca, R .; Castellanos, I .; Биггс, Д. К. (2001). «Эвфаузииды (Crustacea, Euphausiacea) и летние мезомасштабные особенности в Мексиканском заливе». Бык. Mar. Sci. 68: 397–408.
  21. ^ Гаска, Р. (2004). «Распределение и численность гипериидных амфипод по отношению к летним мезомасштабным особенностям в южной части Мексиканского залива». J. Plankton Res. 26 (9): 993–1003. Дои:10.1093 / планкт / fbh091.
  22. ^ Biggs, D.C .; Vastano, A.C .; Ossinger, A .; Gil-Zurita, A .; Перес-Франко, А. (1988). «Междисциплинарное исследование колец теплого и холодного ядра в Мексиканском заливе». Mem. Soc. Cienc. Nat. Ла Саль, Венесуэла. 48: 12–31.
  23. ^ Биггс, Д. К. (1992). «Питательные вещества, планктон и продуктивность в теплом кольце в западной части Мексиканского залива». J. Geophys. Res. Океаны. 97 (C2): 2143–2154. Bibcode:1992JGR .... 97.2143B. Дои:10.1029 / 90JC02020.
  24. ^ Биггс, Д. К. (1992). «Питательные вещества, планктон и продуктивность в теплом кольце в западной части Мексиканского залива». J. Geophys. Res. Океаны. 97 (C2): 2143–2154. Bibcode:1992JGR .... 97.2143B. Дои:10.1029 / 90JC02020.
  25. ^ Teo, S. L. H .; Бустани, А. М .; Блок, Б.А. (2007). «Океанографические предпочтения атлантического синего тунца Thunnus thynnus на их нерестилищах в Мексиканском заливе». Mar. Biol. 152 (5): 1105–1119. Дои:10.1007 / s00227-007-0758-1. S2CID  85297052.

внешняя ссылка