Новые наблюдения за океаном улучшают понимание его движения
Океанографы обычно рассчитывают крупномасштабную циркуляцию поверхностных вод по спутниковым данным об уровне моря, используя концепцию «геострофии», описывающую связь между течениями и градиентом уровня моря. Для измерения движения в меньших масштабах полагаются на данные подводных измерителей течений. Новое исследование под руководством океанографа Бо Цю из Гавайского университета в Маноа (UHM) на основе наблюдательных данных определило пространственный масштаб, ниже которого использование данных о высоте уровня моря перестает давать надежные расчеты циркуляции.
Процессы в верхних слоях океана рассеивают тепло, переносят питательные вещества и влияют на поглощение углекислого газа, что делает циркуляцию критически важным драйвером биологической активности. На движение воды влияют многие факторы: приливы, ветры, поверхностные и внутренние волны (распространяющиеся внутри слоев океана), а также различия в температуре, солености и уровне моря. Кроме того, подобно атмосферным циклонам и антициклонам, океан полон вихрей — медленно вращающихся масс воды.
«Мы обнаружили точку, при переходе через которую, с уменьшением масштаба от нескольких сотен до нескольких десятков миль, геострофический баланс перестает выполняться. Это означает, что уровень моря больше не пригоден для расчета океанической циркуляции», — сказал Цю, профессор Школы наук о Земле и технологий океана и Земли (SOEST) UHM. «Причина — наличие внутренних волн, которые нарушают движение, предсказываемое геострофией».
Ученые используют уровень моря для расчета циркуляции, поскольку спутники ежедневно собирают эти данные точно и часто. До этого исследования, опубликованного в Nature Communications, было известно, что уровень моря дает общую картину циркуляции, но не детали. Однако степень детализации, которую можно получить этим методом, оставалась неизвестной.
Более того, в районах океана с постоянными или частыми вихрями Цю и его соавторы из Японского метеорологического агентства, Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA установили, что уровень моря можно надежно использовать для расчета циркуляции с довольно высоким разрешением (около 10 миль). Однако в областях, где движение определяется внутренними волнами, спутниковые данные об уровне моря позволяют судить о движении только в очень крупном масштабе (разрешение 125 миль).
«Этот аспект исследования стал неожиданностью, — отметил Цю. — Я не ожидал, что точка перехода будет различаться на порядок величин в пределах западной части северной части Тихого океана».
В будущем Цю и коллеги надеются разработать математический подход для создания более детальных карт циркуляции по данным об уровне моря в большем количестве районов Тихого океана.