Perfil Persistente De La Corriente De Agulhas Mayor

(Crédito: J. Vorneveld en Morris y otros (SAEON) 2017)

Fig. 1 - ADCP de RDI de Teledyne asentados en las mejores boyas de la matriz de amarre ASCA. (Crédito: SAEON Nodo Egagasini. Http://asca.dirisa.org/)

Fig. 2 - Ubicación de la matriz amarrada LOCO en el canal de Mozambique. (Crédito: H. Ridderinkhof (NIOZ) 2006. https://goo.gl/FrCL2b)

Fig. 3 - Una configuración posterior de amarres LOCO en el canal de Mozambique. Se indican los perfiles ADCP. Escalas: profundidad (m), distancia (km). (Adaptado de H. Ridderinkhof y otros (NIOZ) 2010. https://doi.org/10.1029/2009JC005619)

El sistema de la Gran Corriente de Agulhas ha sido examinado con arrays amarrados extensos y persistentes durante las últimas dos décadas. Un elemento crítico fue la captura del volumen transportado por las fuertes corrientes en el océano superior. Por esta razón, muchas de las líneas de amarre fueron rematadas con los ADCPs RDI de Teledyne. (Crédito: J. Ullgren (NIOZ) 2010. https://goo.gl/SJ4dWJ)

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Dos décadas de ADCPs amarrados frente al sur de África

Durante las últimas dos décadas, las corrientes energéticas y profundas frente al sur de África han sido objeto de un escrutinio persistente. Encontrado en el borde occidental del Océano Índico Sur, el sistema de la Corriente de Agulhas exhibe complejos patrones de circulación: retroflexión, serpenteantes y anillos. Muestran gran variabilidad de año en año. Además, estos flujos median los intercambios entre tres de los principales océanos del mundo: indio, atlántico y sur.

Aún más importante, ahora se sospecha que la Corriente de Agulhas Mayor influye en el sistema climático global. Su función es precondicionar las aguas que luego ingresarán en la parte descendente de la circulación global de vuelco.

Medir estas corrientes ha sido un reto. Para capturar su extensión, las mediciones deben llegar a lo profundo. Para resolver los cambios a lo largo del tiempo, las mediciones deben mantenerse. Y para sobrevivir, los métodos de medición persistentes deben soportar la energía de estas poderosas corrientes. Por ejemplo, los drifters de superficie, flotadores y planeadores son barridos rápidamente.

Los programas que realizan mediciones a largo plazo de las principales corrientes oceánicas se basan en amarres resistentes. Y para medir corrientes fuertes en el océano superior, estos amarres llevan ADCP.

En este informe, revisamos varias campañas consecutivas a lo largo de dos décadas que utilizaron los ADCP de Teledyne RDI para medir la Corriente de Agulhas Mayor. Para ayudar a capturar este sistema increíblemente dinámico, cada campaña corrigió ADCPs sobre líneas de amarre y en el fondo marino como parte de extensos arreglos de observación.

Durante una década, los científicos holandeses se centraron en la fuerza, la variabilidad y la estructura de los flujos ascendentes que alimentan a los Agulhas.

Más tarde, en la esquina sureste de Sudáfrica, los investigadores de EE. UU. Completaron el Experimento de series cronológicas actuales (ACT) de Agulhas, que se supervisó durante tres años. Un uso de sus datos fue fundamental para crear un índice satelital a largo plazo para los cambios en la corriente de Agulhas.

Y ahora, un programa multinacional en curso continúa el trabajo: Agulhas System Climate Array (ASCA). Está recolectando observaciones persistentes durante al menos cinco años para explorar los impactos regionales y globales, en particular los asuntos climáticos.

Monitoreo actual extenso y persistente en el sur de África
La corriente de Agulhas fluye hacia la costa este del sur de África. Esta importante corriente ejerce una influencia diversa, local y globalmente. Para el sur de África, las Agulhas afectan las cosas desde el transporte marítimo y el clima regional hasta la biodiversidad local. Más globalmente, las propiedades del agua de Agulhas ahora están vinculadas al sistema climático de la tierra.

Alrededor de una sexta parte del volumen transportado por las Agulhas abandona el Océano Índico hacia el Atlántico. Los estudios paleo sugieren que la cantidad ha variado a lo largo de eones. Debajo de la punta de Sudáfrica, los meandros en las Agulhas se cierran y se transforman en anillos de gran diámetro. Estos anillos se propagan hacia el oeste hacia el centro del Atlántico. Proporcionan una fuente de aguas más cálidas y saladas al miembro que regresa de la circulación global de vuelco.

El resultado final de los estudios sobre el clima es un mayor interés en la forma en que varían estos anillos. Investigaciones relacionadas han considerado qué desencadena su antecedente: los meandros en las Agulhas. A su vez, esta atención fija en los remolinos que ingresan al sistema Agulhas más arriba.

Para desentrañar esta complejidad, el sistema de la Gran Corriente de Agulhas ha sido examinado con arrays de amarres extensos y persistentes durante las últimas dos décadas. Un elemento crítico fue la captura del volumen transportado por las fuertes corrientes en el océano superior. Por esta razón, muchas de las líneas de amarre fueron rematadas con los ADCPs RDI de Teledyne.

En una nota al margen, los ADCP tienen una larga historia en estas aguas. A mediados de la década de 1980, el profesor Fritz Schott (Universidad de Miami) hizo uso anticipado de ADCPs para elevar la vista en los amarres de África, incluida la Corriente de E. Madagascar.

Experimento de fuentes de corriente de Agulhas (ACSEX): 2000-2001
A fines de la década de 1990, los científicos no estaban seguros de que existiera un flujo continuo de límites fuera de Mozambique para abastecer a los Agulhas. Para aclarar el problema, los científicos holandeses realizaron el Experimento de Fuentes de Corriente de Agulhas (ACSEX) en 2000-2001. El estudio fue realizado por NIOZ (Instituto Holandés para la Investigación del Mar) y sus socios. El proyecto se centró en la fuerza, variabilidad y estructura de las corrientes.

Siete amarres atravesaron el canal de Mozambique durante un año. Se instalaron ADCPs a 500 m de profundidad en el lado oeste donde se podría esperar una corriente límite. Un hallazgo convincente fue que la cantidad y la dirección del agua transportada a través del Canal fluctuaron notablemente, mucho más que el valor promedio anual. Los investigadores concluyeron que no había una Corriente de Mozambique persistente.

La masa de agua y el transporte de propiedades a través del Canal se debieron a un tren regular de grandes remolinos (300 km de diámetro) que se desplazaban hacia el sur. El paso de estos remolinos fue claro en el ADCP y en los datos actuales del medidor. Esto ayudó a interpretar los datos satelitales.

El análisis combinado reforzó las ideas de que los remolinos a la deriva hacia el sur eran catalizadores dinámicos. No solo provocan variabilidad de mesoescala en la corriente de Agulhas, sino que también afectan el volumen de agua transferida al Atlántico.

Observaciones a largo plazo sobre el clima oceánico (LOCO): 2003—2012
Debido a sus hallazgos intrigantes, ACSEX se convirtió en un trampolín para un estudio observacional mucho más largo. Este fue un componente del programa holandés de investigación global titulado Observaciones a largo plazo sobre el clima oceánico (LOCO).

A partir de 2003, NIOZ y sus socios instalaron siete amarres profundos a 17 ° S, en la parte más estrecha del canal de Mozambique. El proyecto LOCO redistribuyó la extensa red de amarres varias veces. La matriz completa se mantuvo durante siete años y una matriz reducida aún más.

Los 500 m superiores contenían las corrientes más fuertes. En el diseño del arreglo inicial, seis de los amarres fueron rematados con ADCP de 75 kHz hacia arriba desde Teledyne RDI. En el lado occidental del Canal, los amarres tenían ADCP cerca de la cama para ver una Corriente Inferior, que se dirige hacia el ecuador.

El conjunto de datos abarca muchos años con una cobertura espacial impresionante en todo el Canal de Mozambique. A medida que se alargaba el registro disponible, los científicos holandeses examinaron diferentes facetas del transporte de volumen a través del Canal. En particular, esta longevidad es necesaria para ver enlaces con sistemas actuales remotos en regiones ecuatoriales e indonesias.

Los investigadores discernieron que la variabilidad en el transporte podría clasificarse en tres categorías. Para escalas de tiempo más cortas, los grandes remolinos recurrentes que pasan hacia el sur dominan los cambios en el transporte. Estas estimaciones se volvieron más confiables estadísticamente cuando se basaron en el registro de datos más largo.

Para los períodos estacionales, los cambios modestos en los volúmenes de flujo se vincularon con los patrones de estrés por viento en la cuenca del Océano Índico.

En escalas de tiempo interanuales, se encontraron cambios mucho mayores que las variaciones estacionales. Estos cambios en el volumen de transporte se atribuyeron a las fluctuaciones climáticas a gran escala. Estos últimos se identifican mediante un índice de clima regional: DI (Dipolo del Océano Índico).

La exposición de los detalles de esta conexión climática sutil fue posible debido a la larga duración del conjunto de datos. En particular, se encontró un retraso de casi 12 meses entre los cambios en el índice de clima de IOD y la variación correspondiente en los volúmenes de agua suministrados a la corriente de Agulhas.

Experimento actual de series de tiempo de Agulhas (ACT): 2010—2013
Más al sur, otro extenso conjunto amarrado abarcó la Corriente de Agulhas desde 2010 hasta 2013. Este proyecto fue el Experimento de Series de Tiempo Actual (ACT) de Agulhas de EE. UU., Dirigido por la Prof. Lisa Beal de la Universidad de Miami. Ubicada en la costa sudoriental de Sudáfrica, en aguas a 4700 m de profundidad, la sección ACT se colocó a lo largo de una pista terrestre de un altímetro satelital.

La matriz de amarres comprendía siete amarres de profundidad completa. Inicialmente, cada amarre se remató con un ADCP en alto para monitorear los flujos fuertes en los 350 m superiores. Las velocidades máximas fueron de casi 2 m / s. En un despliegue posterior, los amarres cerca del núcleo de la Corriente se terminaron más profundamente. Llevaban un ADCP de Ranger Largo de 75 kHz para medir las corrientes en los 500 m superiores.

La corriente tenía unos 200 km de ancho y alcanzó los 3000 m de profundidad. El agua transportada fue de 84 millones de metros cúbicos por segundo. Se informó de una descarga similar para los 2000 m superiores de la Corriente del Golfo, donde abandona la costa de los EE. UU.

Además de cuantificar el volumen de agua transportada por los Agulhas, los datos de amarre revelaron cómo ese transporte cambió con la estación. Estas observaciones proporcionaron la verdad fundamental que apoyaba los resultados satelitales anteriores. Anteriormente, este último había sido cuestionado. La fase de su ciclo anual fue "casi opuesta" a los resultados del modelado por computadora y a las observaciones más al norte en el Canal de Mozambique.

Esta validación con las mediciones amarradas fue esencial para que los científicos pudieran usar los datos del altímetro como un índice de 20 años del transporte de la Corriente. Este índice ofreció un registro mucho más largo para examinar los cambios estacionales e interanuales en la Corriente.

De importancia fue la respuesta de los Agulhas a la intensificación de los patrones de viento global desde la década de 1990. El flujo medio de las Agulhas no ha aumentado. Este hallazgo está en desacuerdo con algunas expectativas teóricas. Más bien, la distribución del campo actual es ahora más amplia, atribuida a la acción de eddy mejorada. Un efecto secundario es un mayor intercambio de propiedades del agua con las aguas costeras. Tales cambios en el suministro de nutrientes podrían afectar a las pesquerías regionales.

Sistema de clima de Agulhas (ASCA): 2015 - presente
A partir de 2015, el Arsenal Climático del Sistema Agulhas (ASCA) ocupa el mismo transecto que el ACT, cerca de 34 ° S. El proyecto incluye científicos de varias naciones. Su objetivo es recopilar observaciones persistentes de la corriente de Agulhas durante al menos cinco años.

El conjunto de ASCA incluye nueve amarres que alcanzan los 200 km de la costa. En aguas profundas hay siete amarres de altura a 4500 m. Más cerca de la costa hay dos amarres de fondo marino a una profundidad de 100 m. Los últimos utilizan ADCP de 300 kHz, mientras que los amarres profundos llevan ADCP de largo alcance de 75 kHz.

Estas series temporales documentarán las variaciones en los flujos de las propiedades del agua, así como los volúmenes transportados por la Corriente. Dos aspectos atrajeron un interés especial: cambios a lo largo de varios años e intercambios con aguas costeras importantes para la pesca.

Al abordar su aspecto climático, el proyecto ASCA considerará un contexto de toda la cuenca. Se enfatizará el transporte oceánico de calor.

Los científicos de ASCA planean fusionar los resultados en la Corriente de Agulhas con información del interior. Los últimos provienen de satélites y flotadores de perfiles de Argo. Estas otras fuentes cuantificarán los mecanismos a gran escala (por ejemplo, el viento, la circulación oceánica remota) que se sospecha que causan variabilidad en el sistema Agulhas. Los científicos, especialmente, desean examinar las ideas sobre la respuesta de la Corriente del Gran Agulhas a un clima cambiante, en particular los sistemas eólicos globales.

Mirando hacia el futuro
La influencia de las principales corrientes oceánicas en nuestro entorno de vida, desde los huracanes hasta el clima terrestre, ahora se aprecia más ampliamente. Sin embargo, desarrollar este entendimiento ha sido, y sigue siendo, un desafío.

Se necesita una combinación de métodos para aclarar los efectos a largo plazo del calentamiento global. Arrays amarrados en las principales corrientes oceánicas proporcionan un ingrediente esencial. Se han obtenido conocimientos de investigadores que utilizan modelos de computadora y observaciones satelitales. Y los vagabundos, planeadores y flotadores pueden proporcionar instantáneas. Sin embargo, no hay sustituto para quedarse en estos flujos profundos y energéticos.

Para que los científicos vean tendencias a largo plazo y conexiones a gran escala, estos arreglos amarrados deben recopilar series de tiempo sostenidas. Sus líneas de instrumentación y amarre deben ser resistentes. Y las corrientes de alta velocidad en el océano superior deben medirse. Para todos estos requisitos de observación de los océanos, los ADCP de Teledyne RDI siguen siendo una solución especialmente relevante.