Wetenschap
Luchtfoto van de kustlijn van het eiland Kauai. Krediet:Amerikaanse Geologische Vereniging
Ver van de uitgestrekte, vaste watermassa's, dachten oceanografen een eeuw geleden, het is bekend dat de oceanen tegenwoordig met elkaar verbonden zijn, zeer invloedrijke agenten in het klimaatsysteem van de aarde.
Een belangrijk keerpunt in ons begrip van de oceaancirculatie kwam in het begin van de jaren tachtig, toen uit onderzoek bleek dat er water tussen afgelegen gebieden stroomde, een concept dat later de 'grote oceaantransportband' werd genoemd.
De theorie houdt in dat warme, ondiep water uit de Stille Zuidzee stroomt naar de Indische en Atlantische Oceaan, waar, bij het tegenkomen van ijskoud Arctisch water, het koelt af en zinkt tot grote diepte. Dit koude water stroomt dan terug naar de Stille Oceaan, waar het opwarmt en naar de oppervlakte stijgt, de cyclus opnieuw beginnen.
Lang werd gedacht dat deze migratie van water een vitale rol speelt bij het circuleren van warm water, en dus warmte, Wereldwijd. Zonder het, schattingen stellen de gemiddelde wintertemperatuur in Europa enkele graden koeler.
Echter, recent onderzoek geeft aan dat deze zeewaterroutes op wereldschaal mogelijk minder een rol spelen in het warmtebudget van de aarde dan traditioneel werd gedacht. In plaats daarvan, één regio doet misschien het meeste zware werk.
Een paper gepubliceerd in april in Natuur Geowetenschappen door Gael Vergeet, een onderzoekswetenschapper in het MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) en lid van het programma Atmospheres, Oceanen, en klimaat, en David Ferreira, een universitair hoofddocent bij de afdeling Meteorologie aan de Universiteit van Reading (en voormalig EAPS-postdoc), ontdekte dat het wereldwijde oceaanwarmtetransport wordt gedomineerd door warmte-export vanuit de tropische Stille Oceaan.
Met behulp van een state-of-the-art oceaancirculatiemodel met bijna complete wereldwijde oceaandatasets, de onderzoekers toonden de overweldigende overheersing van de tropische Stille Oceaan aan bij het verspreiden van warmte over de hele wereld, van de evenaar tot de polen. Vooral, ze ontdekten dat de regio vier keer zoveel warmte exporteert als wordt geïmporteerd in de Atlantische Oceaan en het Noordpoolgebied.
"We twijfelen niet aan het feit dat er veel water van het ene bassin naar het andere gaat, " zegt Vergeet. "Wat we zeggen is, het netto effect van deze stromen op het warmtetransport is relatief klein. Dit resultaat geeft aan dat de wereldwijde transportband misschien niet het meest bruikbare raamwerk is om het wereldwijde oceaanwarmtetransport te begrijpen."
ECCO bijwerken
De studie werd uitgevoerd met behulp van een gemoderniseerde versie van een wereldwijd oceaancirculatiemodel genaamd Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO). ECCO is het geesteskind van Carl Wunsch, EAPS emeritus hoogleraar fysische oceanografie, die zijn enorme onderneming in de jaren tachtig voor ogen had.
Vandaag, ECCO wordt vaak beschouwd als het beste record van de oceaancirculatie tot nu toe. Onlangs, Forget heeft het voortouw genomen bij uitgebreide updates van ECCO, resulterend in de vierde generatie, die sindsdien door NASA is aangenomen.
Een van de belangrijkste updates onder leiding van Forget was de toevoeging van de Noordelijke IJszee. Eerdere versies lieten het gebied weg vanwege een rasterontwerp dat de resolutie bij de polen drukte. In de nieuwe versie, echter, het raster bootst het patroon van een volleybal na, met zes gelijkmatig verdeelde rastergebieden over de hele wereld.
Forget en zijn medewerkers hebben ook nieuwe datasets toegevoegd (over zaken als zee-ijs en geothermische warmtefluxen) en de behandeling van anderen verfijnd. Om dit te doen, ze profiteerden van de komst van wereldwijde inspanningen voor het verzamelen van gegevens, zoals ARGO, die al 15 jaar autonome profileringsdobbers over de hele wereld inzet om oceaantemperatuur- en zoutgehalteprofielen te verzamelen.
"Dit zijn goede voorbeelden van het soort datasets dat we nodig hebben om dit probleem op wereldschaal te informeren, "zeg Forget. "Het zijn ook het soort datasets waarmee we cruciale modelparameters hebben kunnen beperken."
parameters, die gebeurtenissen vertegenwoordigen die plaatsvinden op een te kleine schaal om te worden opgenomen in de eindige resolutie van een model, een belangrijke rol spelen in hoe realistisch de resultaten van het model zijn (met andere woorden, hoe nauw de bevindingen overeenkomen met wat we in de echte wereld zien). Een van de vele updates die Forget aan ECOO maakte, betrof de mogelijkheid om (binnen het model) parameters aan te passen die de vermenging van de oceaan op kleine schaal en mesoschaal vertegenwoordigen.
"Door het schattingssysteem die parameters te laten aanpassen, we hebben de aanpassing aan de gegevens aanzienlijk verbeterd, " zegt Vergeet.
De evenwichtsoefening
Met een nieuw en verbeterd basiskader, Forget en Ferreira probeerden vervolgens een ander controversieel probleem op te lossen:hoe het oceaanwarmtetransport het beste te meten en te interpreteren.
Het oceaanwarmtetransport wordt berekend als zowel het product van de temperatuur en snelheid van het zeewater als de uitwisseling van warmte tussen de oceaan en de atmosfeer. Hoe deze gebeurtenissen in evenwicht te brengen - de uitwisseling van warmte van de "bron om te zinken" - vereist het uitzoeken welke factoren er het meest toe doen, en waar.
Forget and Ferreira's is het eerste raamwerk dat zowel de atmosferische als de oceanische perspectieven verzoent. Satellietgegevens combineren, die de kruising van het lucht- en zeeoppervlak vastlegt, met veldgegevens over wat er onder het oppervlak gebeurt, de onderzoekers creëerden een driedimensionale weergave van hoe warmteoverdracht tussen de lucht, zeeoppervlak, en oceaankolommen.
Hun resultaten onthulden een nieuw perspectief op oceaanwarmtetransport:dat de netto herverdeling van oceaanwarmte voornamelijk plaatsvindt binnen oceaanbekkens in plaats van via de wereldwijde zeewaterroutes die de grote transportband vormen.
Toen de onderzoekers interne oceaanwarmtelussen uit de vergelijking verwijderden, ze ontdekten dat de herverdeling van warmte in de Stille Oceaan de grootste bron van warmte-uitwisseling was. De regio, ze vonden, domineert de overdracht van warmte van de evenaar naar de polen in beide hemisferen.
"We denken dat dit een heel belangrijke bevinding is, "zegt Forget. "Het verduidelijkt veel dingen en, Hopelijk, zet ons, als gemeenschap, op een sterkere basis in termen van een beter begrip van het oceaanwarmtetransport."
Toekomstige implicaties
De bevindingen hebben ingrijpende gevolgen voor hoe wetenschappers de oceaan in de toekomst kunnen observeren en volgen, zegt Vergeet.
"De gemeenschap die zich bezighoudt met oceaanwarmtetransport, aan de oceaanzijde, heeft de neiging veel te focussen op het idee dat er een gebied van verlies is, en misschien een beetje over het hoofd ziet hoe belangrijk de regio van winst kan zijn, " zegt Vergeet.
In praktijk, dit betekende een focus op de Noord-Atlantische Oceaan en de Noordelijke IJszee, waar warmte verloren gaat, en minder focus op de tropische Stille Oceaan, waar de oceaan warmte krijgt. Deze standpunten dicteren vaak prioriteiten voor financiering en observatiestrategieën, ook waar instrumenten worden ingezet.
"Soms is het een balans tussen veel metingen op één specifieke plek, wat veel geld kan kosten, versus het hebben van een programma dat echt probeert een wereldwijde inspanning te dekken, ', zegt Forget. 'Die twee dingen beconcurreren elkaar soms.'
In het artikel, Forget en Ferreira stellen dat aanhoudende observatie van de mondiale oceaan als geheel, niet alleen op een paar locaties en poorten die oceaanbekkens scheiden, is cruciaal om het oceaanwarmtetransport te monitoren en te begrijpen.
Forget erkent ook dat de bevindingen indruisen tegen sommige gevestigde denkrichtingen, en staat te popelen om het onderzoek in het gebied voort te zetten en verschillende perspectieven te horen.
"We verwachten een debat op gang te brengen, en ik denk dat het spannend wordt om te zien, "zegt Forget. "Als er een pushback is, des te beter."
Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com