Использование спутниковой информации для исследования изменчивости глубокой зимней конвекции в море Лабрадор

Глубокая конвекция является одним из ключевых процессов, происходящих в Мировом океане. Она влияет на Атлантическую термохалинную циркуляцию, и, следовательно, определяет общую интенсивность переноса тепла в полярные районы Северного полушария. Благодаря слабой плотностной стратификации и западному переносу холодных воздушных масс, глубокая конвекция способствует обновлению и обогащению кислородом глубинных вод возвратной ветви атлантического меридионального круговорота, который действует в сторону смягчения климата северных широт и уменьшения контраста между меридиональными характеристиками атлантических водных масс.
Основной причиной глубокой конвекции является отрицательный поток плавучести в верхних слоях океана, обусловленный интенсивной отдачей тепла из океана в атмосферу. Развитию глубокой конвекции способствует также осолонение приповерхностного слоя на ранних стадиях интенсивного льдообразования и общее ослабление стратификации вод ниже сезонного термоклина. В областях, где зимой происходит глубокая конвекция, глубина верхнего квазиоднородного слоя может превышать 1000 м. Ослабление стратификации может быть следствием предшествующих эпизодов глубокой конвекции процессов.
Промежуточные и глубинные водные массы в море Лабрадор формируются в результате процесса глубокой конвекции в зимний период. В очагах глубокой конвекции в море Лабрадор в наиболее суровые зимы толщина верхнего квазиоднородного слоя в несколько раз превосходит величины, характерные для остальной части акватории субарктической Атлантики. Изменение интенсивности Северо-Атлантического колебания воздушных масс является основной причиной межгодовой и сезонной изменчивости глубокой зимней конвекции в море Лабрадор.
Изучение глубокой конвекции в океане, как правило, производится при помощи измерений in-situ, однако в последние годы развиваются методы с использованием спутниковой информации. Первыми предложили использовать альтиметрические измерения для мониторинга глубокой конвекции в океане Herrmann et al. (2009). Их исследование для Средиземного моря, опирающееся на предположение, что спутниковая альтиметрия может успешно использоваться для обнаружения глубокой конвекции, основано на модельном прогностическом соотношении для нахождения линейной связи между глубокой конвекцией и локальными аномалиями уровня океана. Идея использовать спутниковую альтиметрическую информацию для исследования глубокой конвекции в океане впоследствии была развита в новых подходах, представленных в частности, в работах Gelderloos et al. (2013) и Белоненко и Федоров (2018).
Наша работа использует данные температуры и солености массива ARMOR 3D, построенный с учетом ассимиляции спутниковых измерений температуры поверхности океана (SST), поверхностной солености (SSS), а также in-situ измерений температуры и солености воды. Данные определены на регулярной сетке от поверхности до глубины 5500 м с пространственной дискретностью 0.25° широты и долготы. Для оценки межгодовых изменений термохалинных свойств и процесса глубокой зимней конвекции в течение 1993-2016 гг. в море Лабрадор нами выбрано 2 вертикальных профиля с координатами: 54° с.ш. 53° з.д. и 57° с.ш. и 50° з.д. Для изучения изменения потенциальной плотности морской воды использовалось термодинамическое уравнение плотности морской воды TEOS-10.
Исследование изменчивости термохалинных характеристик выбранных профилей проводилось при помощи построения линий тренда основных характеристик водных масс, осредненных по месяцам: температуры, солености и плотности воды, а также построения профилей температуры, солености и плотности в заданных пунктах на глубинах от поверхности океана до 1500 м.
Полученные результаты свидетельствуют об увеличении температуры и уменьшении плотности воды, а также об аномальной глубокой конвекции в зимние месяцы в период со второй половины 1990-х гг. до начала 2000-х гг., когда происходило формирование ядра наиболее холодной и плотной Лабрадорской водной массы. Кроме того, отмечается существенное усиление конвекции в периоды 2008-2009 гг. и 2014-2016 гг., но уже с формированием менее плотной и более соленой воды, нежели во второй половине 1990-х гг.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 17-17-01151.