Ya puse hace tiempo un artículo sobre el debilitamiento de la corriente del golfo, aquí el resumen de un nuevo estudio. Y el mes pasado otro sobre la probabilidad de cese completo bastante alarmante.
La Corriente del Golfo es la corriente límite occidental del Océano Atlántico Norte subtropical. Fluye hacia el norte a través del Estrecho de Florida frente a Miami y a lo largo del talud continental de la Bahía del Atlántico Sur. Antes de separarse de la costa en Cabo Hatteras y serpentear libremente hacia mar abierto. En virtud de su volumen y transporte de calor, la Corriente del Golfo afecta el tiempo, el clima y las condiciones meteorológicas regionales y a las condiciones costeras, incluida la temperatura del aire superficial en Europa y las precipitaciones, el nivel del mar costero a lo largo el sureste de Estados Unidos y la actividad de huracanes en el Atlántico norte. Por lo tanto, comprender los cambios pasados de la Corriente del Golfo es importante para interpretar los cambios observados. Predecir tendencias futuras en eventos extremos, incluidas sequías, inundaciones, olas de calor y tormentas. Determinar tendencias en el flujo de la Corriente del Golfo también es relevante para aclarar si hay cambios y determinar cómo el océano se está retroalimentando del clima. La diferencia entre el transporte hacia el norte por la Corriente del Golfo y el transporte hacia el sur debido a los vientos sobre el interior del océano define la fuerza de la circulación meridional de retorno del Atlántico (AMOC), a 26°N. Esta circulación es el principal medio por el cual el océano mueve el calor a través de latitudes, enfriando las regiones tropicales y calentando los polos. Los modelos climáticos simulan que la circulación meridional subtropical del Atlántico norte se debilitó en el pasado reciente. El máximo de la corriente a 26°N se debilitó 1,2 Sv ± 0,2 entre 1980 y 2010. [Un Sv (Sverdrup) equivale a un flujo de un millón de metros cúbicos por segundo. 1 Sv = 1.000.000 m3/s]
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| figura 1. Área de estudio. El sombreado de color es la topografía/batimetría (m) de la cuadrícula. Las líneas naranjas marcan la ubicación de los cables de telecomunicaciones submarinos entre Jupiter Inlet (Florida) y Settlement Point (Bahamas), y entre West Palm Beach (Florida) y Eight Mile Rock (Bahamas). La línea amarilla a 27°N marca la ubicación nominal de las secciones in situ. Los puntos morados marcan las trayectorias terrestres del altímetro y los puntos negros más gruesos marcan la trayectoria descendente, para estimar el transporte de la Corriente del Golfo a través del Estrecho de Florida. Las flechas negras identifican la magnitud relativa y sentido de la circulación superficial a partir de datos de movimiento. El recuadro muestra el área de estudio en un contexto global. |
Debido al forzamiento externo, a 1000 m de profundidad a 35°N la corriente disminuyó 2,3 Sv entre 1985 y 2014. Sin embargo, las reconstrucciones derivadas de los escasos datos hidrográficos disponibles desde la década de 1980 no encuentran ningún debilitamiento significativo.
No está claro si las discrepancias reflejan problemas con los modelos (incapacidad para resolver frentes, chorros, remolinos, etc.) o los datos, o si la señal de cambio forzado externamente está simplemente por debajo del umbral de detección establecido por la variabilidad natural. Las observaciones de la corriente son todavía demasiado breves para corroborar el debilitamiento simulado por modelos, las mediciones continuas del transporte de la Corriente del Golfo están disponibles desde hace ya cuarenta años. Hay una larga historia de observaciones de la Corriente del Golfo mediante sensores remotos y datos in situ a lo largo de la corriente. El registro más largo y continuo del transporte de la corriente del Golfo se realiza desde el Estrecho de Florida a 27°N (Figura 1). Estimaciones cuasi diarias de cables submarinos de telecomunicaciones Los estudios calibrados con sondas de caída y a bordo se remontan a 1982. La altimetría por satélite proporciona datos adicionales. Existen restricciones A pesar de esta extraordinaria densidad de datos, cada 10 días desde 1992 (Figuras 1 y 2a). Todavía no hay consenso en que el transporte de la Corriente del Golfo se esté debilitando con el cambio climático. Se reunieron datos de sondas y cables hasta 2009, junto con mediciones anteriores de flotación aguas arriba desde el sur del noroeste Canal de Providence cerca de 26°N. Argumentaron que los datos no respaldaban un cambio en el transporte de la Corriente del Golfo a lo largo de 1964-2009, pero no cuantificaron la tasa de cambio a largo plazo ni proporcionaron estimaciones de error. En cambio, se informó una tendencia equivalente a 1,1 ± 0,1 Sv de debilitamiento a partir de datos de cable durante el período 1982-2014. Los errores formales se perciben como demasiado pequeños y los resultados han sido cuestionados. Se sospecha que una tendencia reciente descubierta aguas abajo en la Corriente del Golfo también podría ser equívoca. Se utilizó altimetría satelital para inferir un debilitamiento de la Corriente del Golfo al este de 65°W durante 1993-2016, pero no encontraron cambios al oeste de 70°W, mientras que otros estudios argumentaron que el registro del altímetro es demasiado corto para identificar tendencias significativas de la Corriente del Golfo, no se encontró evidencia de una disminución en el Transporte de la corriente del Golfo de 1993 a 2012 en 20 años de datos de velocidad del perfilador de corriente Doppler acústico. En resumen, ha habido muchos intentos de estimar las tendencias recientes de la Corriente del Golfo a partir de una variedad de conjuntos de datos. En diferentes lugares, pero sigue siendo difícil encontrar una respuesta definitiva. Para hacer una estimación sólida de cambio a largo plazo con barras de error significativas, los datos disponibles deben asimilarse conjuntamente de manera que tengan en cuenta para las propiedades de las series temporales del transporte y las incertidumbres que caracterizan los diferentes flujos de datos. Aquí se aplica un modelado bayesiano jerárquico para combinar formalmente cables, in situ y altimétricos. Datos a 27°N, y formar una nueva estimación, con incertidumbre, del transporte a través del Estrecho de Florida desde 1982.
Datos
Se utilizaron datos de transporte de la Corriente del Golfo desde el Estrecho de Florida proporcionados por el National Oceanic and Atmospheric (Figura 1). Se usaron 13.105 estimaciones diarias de transporte de corriente de Florida a partir de voltajes medidos por cables de telecomunicaciones submarinas abandonados, cables entre Florida y Las Bahamas. El principio se basa en la teoría electromagnética: El transportes de partículas cargadas en presencia del campo geomagnético de la Tierra dan como resultado voltajes variables a través del cable. Los datos del 18 de marzo de 1982 al 22 de octubre de 1998 provienen de un cable entre Júpiter Inlet y Settlement Point, mientras que los datos desde el 9 de junio de 2000 hasta el presente provienen de un cable de West Palm Beach a Roca de ocho millas. No se realizaron mediciones entre octubre de 1998 y junio de 2000. Si bien las observaciones se dan con una resolución diaria, la frecuencia de muestreo efectiva es cada tres días, ya que los datos llevan un filtrado de paso bajo para suprimir los efectos geomagnéticos y otros ruidos. Las estimaciones de cable se calibran con estimaciones de transporte independientes. Desde boyas de sonda de caída libre y perfilador acústico de corriente Doppler (LADCP) compararon los datos del cable con los des secciones de la sonda y se encontraron errores estándar en los datos del cable de 2,8 Sv para 1993–1998, 2,0 Sv para 2000–2005 y 1,3 Sv para 2006 en adelante. Los errores mayores durante 1993-1998 y 2000-2005 se deben a que los cables estaban en telecomunicaciones activas.
Datos in situ
También se utilizaron secciones de transporte de la Corriente del Golfo desde una variedad de plataformas in situ a través del Estrecho de Florida. De estas, 247 son secciones de sondas de boya de caída libre, las mediciones se realizaron entre 1982 y la actualizad, como parte del programa de Estudios del Clima del Atlántico Subtropical.
Datos de altimetría
Finalmente, se utilizaron 979 estimaciones de transporte de la corriente de Florida a partir de altimetría satelital. Los altímetros satelitales observan el campo global de altura de la superficie del mar cada 10 días. En virtud de la geostrofia, los gradientes en la altura de la superficie del mar están acoplados
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| Figura 2. (a) Transporte observado de la Corriente del Golfo desde cable submarino (naranja), in situ (azul) y altimetría satelital (amarillo). Coeficientes de correlación de Pearson entre cable e in situ, cable y altimetría, e in situ y altimetría en sus puntos de tiempo comunes son 0,76, 0,63 y 0,58, respectivamente. (b) Medianas posteriores (línea negra) e intervalos de credibilidad puntual del 95 % (sombreado en gris) de transporte diario del modelo bayesiano junto con la tendencia mediana estimada y el intervalo de credibilidad puntual del 95 % (línea morada y sombreado). (c) Detalle del transporte observado (puntos naranja, azul y amarillo) y modelado (línea negra y sombreado gris) durante 2019. Dos extraídos al azar, Los miembros posteriores del conjunto se muestran para comparar (líneas violeta y verde). (d) Errores estándar en los datos del cable (puntos azules) y desviaciones estándar en la parte posterior soluciones (línea negra). |
a las corrientes geostróficas superficiales. Se utilizaron altimétricos a lo largo de la trayectoria descendente 178 (puntos negros en la Figura 1) para calcular las diferencias de altura de la superficie del mar en el estrecho de Florida, lo que da como resultado las estimaciones de transporte de la Corriente de Florida de 10 días a partir de enero de 1993 que se utilizan aquí. se compararon las estimaciones de transporte basadas en altimetría con datos de cables, y se derivó un error estándar en los transportes altimétricos de 10 días de ~2 Sv.
Resultados
Los tres conjuntos de datos independientes (de observaciones por cable, in situ y altimétricas) captan claramente datos similares del Golfo. Transportes de corriente (Figura 2a), sin embargo, la amplitud y la fase de la variabilidad del transporte varían debido a las diferentes resoluciones y calidades de cada conjunto de datos. Este modelo bayesiano produce un conjunto de soluciones posteriores que proporcionan una serie temporal probabilística y totalmente congruente del transporte de la Corriente del Golfo a través de Estrecho de Florida basado en estos conjuntos de datos muy diferentes (Figura 2b). Se obtienen transportes diarios de la Corriente del Golfo desde el 18 de marzo de 1982 hasta el 6 de diciembre de 2021 y se encuentra un transporte medio de 31,8 ± 0,27 Sv. El rango ± es el intervalo de credibilidad del 95%, que es el análogo bayesiano del más familiar intervalo de confianza del 95% a partir de estadísticas. Esta estimación del transporte medio es algo más ajustada y restringida que el valor de 32,1 ± 0,4 Sv , e inferior al valor de 32,2 Sv basado en un registro de cable más corto (1982-1998). Incertidumbres diarias en el transporte (desviaciones estándar posteriores) son ~0,9 Sv en promedio, que es menor que los errores estándar en el diario datos de cable, pero los errores varían en el tiempo dependiendo de la calidad y disponibilidad de los datos (Figuras 2c y 2d). Por ejemplo, Las incertidumbres del transporte diario son relativamente mayores en julio de 2019 en comparación con el resto de ese año debido a un mes de duración. Hay una brecha en los datos del cable (Figura 2c). La solución del modelo bayesiano ofrece evidencia clara de un cambio significativo a largo plazo. Se encuentra que el transporte de la Corriente del Golfo en el Estrecho de Florida disminuyó 1,2 ± 1,0 Sv en los últimos 40 años (Figuras 2b y 3), lo que equivale a un cambio de 4,0 ± 3,2% con respecto al transporte medio. Esto significa que la probabilidad P de que la Corriente del Golfo transporte debilitado más de lo esperado por el azar es P > 99%. Este debilitamiento es consistente con la media El transporte de todo el registro fue menor que el estimado hasta 1998. Un análisis más detallado muestra que esta tendencia surgió recientemente de los datos. Se realizó una serie de experimentos de sensibilidad, en los que al modelo solo se le proporcionaron los datos hasta 2005, 2009, 2013 y 2017, y estos experimentos arrojaron probabilidades respectivas de debilitamiento del transporte de P = 51%, P = 79%, P = 96% y P = 97% (Figura 3a).
Esto demuestra que una disminución significativa en el transporte de la Corriente del Golfo sólo se ha vuelto detectable durante la última década, pero también que la inferencia de un debilitamiento significativo es insensible al punto final del periodo de análisis, siempre que caiga dentro de la última década. La disminución del transporte de la Corriente del Golfo desde el modelo bayesiano es también robusto a la elección de los datos analizados. Se realizó una serie de experimentos de sensibilidad, omitiendo del análisis los datos de cable, in situ o altimétricos, y se encontró debilitamiento en los respectivos experimentos de 0,8 ± 1,0, 1,1 ± 1,0 y 1,2 ± 0,9 Sv (Figura 3b). Esto muestra que es muy probable (P > 94%) El debilitamiento del transporte sea una señal común y no dependa de ningún conjunto de datos.
Discusión
Este estudio se ha basado en muchos estudios previos que han buscado cuantificar el cambio a largo plazo en el transporte de la Corriente del Golfo. Utilizando datos de cable y otras mediciones del Estrecho de Florida. El debilitamiento que se encuentra desde 1982 es consistente con muchos de estos estudios y se distingue por los múltiples conjuntos de datos que utilizamos, así como la rigurosa cuantificación de la incertidumbre y el modelado de series de tiempo que aplicamos que prestan confianza en estos resultados. Si ponemos este trabajo en un contexto más amplio, es probable que el reciente debilitamiento del transporte a través del Estrecho de Florida parta de un declive que dura un siglo y puede estar asociado con un debilitamiento en la Corriente del Golfo
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| Figura 3. (a) Histogramas del cambio de transporte modelado estimado en diferentes períodos de tiempo, todos a partir de 1982. (b) Histogramas del cambio de transporte modelado durante 1982-2021 estimados a partir de experimentos que excluyen cada conjunto de datos del análisis. |
Aún no está claro si existe un debilitamiento asociado a la corriente del Golfo que transporta el calor hacia los polos. Se han utilizado registros de mareógrafos de ambos lados del Estrecho de Florida, junto con registros de cable promediados anualmente. Los datos para concluir que el transporte a través del Estrecho de Florida probablemente ha disminuido constantemente desde 1909. El debilitamiento que se encuentra aquí es independiente de los registros de mareógrafos, ya que estos registros contienen señales de múltiples zonas costeras y abiertas. Procesos oceánicos, además del transporte, que añaden ruido al modelo bayesiano. Los métodos bayesianos tienen en cuenta estas dinámicas extrañas. Los modelos oceánicos y climáticos simulan consistentemente que el transporte de la Corriente del Golfo es fuertemente coherente con la fuerza de la corriente en escalas de tiempo decenales y más largas. Pero a los modelos climáticos les resulta difícil simular las corrientes estrechas. Hay sesgos comunes en la fuerza, profundidad, variabilidad y latitudes de separación de los océanos simulados cuando se comparan con las corrientes observadas. Además, la variabilidad y las tendencias de las puede ser diferente corriente arriba que corriente abajo, porque los remolinos oceánicos (frecuencia y crecimiento) cambian con la latitud y la topografía. Por observaciones y teorías sabemos que la mayor parte del flujo de la Corriente del Golfo es parte de la circulación de giro del Atlántico Norte subtropical con sólo una fracción asociada con el retorno. ¿Cómo podemos estar seguros de si la disminución en el Estrecho de Florida está relacionada con una disminución en la circulación de retorno? Validar los modelos requiere observaciones a largo plazo. Disponibles aguas arriba y mar adentro del estrecho de Florida Las observaciones sobre la corriente del Golfo y la disminución de la circulación siguen siendo equívocas. Se utilizaron 25 años de datos del perfilador de corriente Doppler acústico para concluir que el transporte de la Corriente del Golfo se ha mantenido estable a 36°N, sin disminución. Al mismo tiempo, se combinaron posteriormente sus datos con perfiles hidrográficos de 1930 a 2020 para estimar una evolución a largo plazo. Un debilitamiento de 2,0 ± 0,8 Sv del transporte en la capa superior del océano entre la vertiente de Nueva Inglaterra y las Bermudas, una región que incluye la Corriente del Golfo y sus recirculaciones. Utiliza datos de mareógrafos de Atlantic City, Nueva Jersey y Bermudas para inferir un debilitamiento similar de la circulación oceánica. Se atribuye 0,4 Sv de su debilitamiento a la circulación de retorno (cinta trasportadora del océano), pero con baja confianza. El sistema de monitoreo ha estado midiendo el retorno del Atlántico en toda la cuenca a 26°N desde 2004. De hecho, los datos del cable del Estrecho de Florida utilizados aquí forman parte de este conjunto de monitoreo. Estos datos extraordinarios ayudan a nuestra comprensión de cómo se revierte y sobre la variabilidad de la circulación en escalas de tiempo subdecenales , pero el registro es, hasta ahora, demasiado corto para arrojar luz sobre las consecuencias de un cambio a largo plazo. En cuanto a la fuerza de la corriente, se amplió el transporte en la parte superior del océano medio en tiempo utilizando altimetría satelital para estimar que la circulación del giro del Atlántico subtropical se ha mantenido estable durante 1993-2014. Por otro lado, los nuevos análisis de los océanos muestran un debilitamiento marginalmente significativo del giro. durante 1993-2016. Sin embargo, esta tendencia depende de qué producto eólico observado se utilizase para conducir el modelo. Diferentes productos impulsan tendencias opuestas en la curvatura del viento y, por tanto, en el transporte a 26°N desde 1980. Resolver estas diferencias y lograr coherencia entre diferentes estimaciones de fuerza del viento son necesarias para determinar las tendencias a largo plazo en los transportes de la corriente.
También hay debate en torno a si las reconstrucciones indirectas basadas en archivos naturales respaldan un declive en la circulación del Atlántico Norte desde la Revolución Industrial. De manera más general, la relación entre el transporte de la corriente, el transporte por giro y el retorno la circulación depende de la escala de tiempo y el forzamiento. Por ejemplo, Los datos muestran que, si bien los transportes de la Corriente del Golfo y los giros se compensan entre sí en escalas de tiempo subanuales, Los cambios decenales en la circulación profunda se equilibran en gran medida con cambios iguales y opuestos en transportes de las aguas superiores del medio océano. El La relación entre ellos también podría estar cambiando a largo plazo, ya que las propiedades termohalinas del océano se ajustan en un mundo en calentamiento. En última instancia, no está claro si la disminución del transporte actual de Florida que encontramos aquí presagia un debilitamiento de la circulación de retorno. Esta pregunta abierta subraya el valor de las observaciones estratégicamente ubicadas y del monitoreo sostenido a largo plazo del océano, así como la urgencia de encontrar mejores formas de asimilar todas las observaciones existentes en un marco congruente, como el modelo bayesiano que se desarrolla aquí, que puede cuantificar rigurosamente la incertidumbre y cambiar. Las aguas que forman parte de la circulación de retorno, originarias del otro lado del ecuador en el Atlántico Sur, tienen propiedades distintas dentro del Estrecho. Si se ha descubierto que el flujo de estas aguas del Atlántico Sur varía junto con el transporte de la corriente de Florida.
Conclusiones
Los resultados no son concluyentes y no hay consenso sobre si se está debilitando con el cambio climático. El análisis bayesiano encuentra una certeza (probabilidad P > 99%) que el volumen de transporte de la Corriente del Golfo a través del Estrecho de Florida ha disminuido en 1,2 ± 1,0 Sv en los pasados 40 años (intervalo de credibilidad del 95%). Se trata de la primera evidencia inequívoca de una reciente disminución relevante para el clima y la circulación oceánica.
Artículo original: Robust Weakening of the Gulf Stream During the Past Four Decades Observed in the Florida Straits
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