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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1186| Variabilidad termohalina de la capa superior del océano en la región sur de la corriente de California Thermohaline variability in the upper ocean of the southern region of the California current | |
| Gilberto Jerónimo Moreno | |
| JOSE GOMEZ VALDES | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Capa de Mezcla,Remolino subsuperficial,Corriente de California,Ciencias del mar | |
| En su capa superior, el océano intercambia momento, calor y masa con la atmósfera. Ladinámica del océano modifica los procesos de intercambio en dicha capa. Por ello,estudios sobre la capa superior de los océanos han sido de particular interés enoceanografía. Utilizando observaciones de alta resolución (1 m) de la columna de agua,en este trabajo se investigan las propiedades de la capa de temperatura constante y de lacapa de densidad constante en la región sur de la Corriente de California, así como suvariabilidad estacional e interanual. Los datos empleados se obtuvieron de treinta y doscruceros realizados en el periodo 1997 - 2005 en la red de estaciones del programaInvestigaciones Mexicanas de la Corriente de California (IMECOCAL). Enero, abril julioy octubre de cada año fueron los meses de muestreo.Métodos oceanográficos tradicionales de análisis de datos escalares fueron adaptadospara la cobertura espacio-temporal del programa IMECOCAL, y se ensayaron nuevos.Las profundidades de la capa de temperatura constante y de la de densidad constantefueron obtenidas por dos métodos distintos encontrados en la literatura, además sedesarrolló uno nuevo basado en estadística Bayesiana. Para cada crucero, y cada estación,los datos de temperatura y salinidad se integraron desde la base de la capa de densidadconstante hasta la superficie. Además del tradicional uso de análisis armónico, conFunciones Empíricas Ortogonales fue posible identificar la variabilidad estacional einteranual contenida en los datos. Para la generación de mapas de los campos escalares,se implementó el método de análisis objetivo. Las escalas de correlación óptimas de cadavariable fueron calculadas, en general Ly ~ 110 km y Lx ~ 90 km, en dirección paralela yperpendicular a la costa, respectivamente. El método se validó por medio de ensayosMonte Carlo. Esta es la primera vez que se reporta este tipo de validación en estudios deinterpolación objetiva.La profundidad de la capa de densidad constante (PCD) fue mayor que la profundidad dela capa de temperatura constante (PCT), lo que implica que el flujo neto de calor puedealcanzar una profundidad mayor que la posición de la termoclina estacional. La PCD y la PCT alcanzaron su máximo en enero, 60 m y 40 m, respectivamente y su mínimo enjulio, 20 m y 15 m, respectivamente. Se probó, con un modelo numérico unidimensional,que a primer orden la variación estacional de las capas estuvo relacionada a lasvariaciones locales del esfuerzo del viento y del flujo de calor neto por la superficie. Encambio, su variabilidad interanual estuvo relacionada con fenómenos de escala grande.Debido a los efectos de El Niño 1997 - 1998, la PCD y la PCT fueron anómalamenteprofundas, 90 m y 86 m, respectivamente, durante enero de 1998. Lo que indica quedurante eventos fuertes de El Niño la desigualdad entre la PCD y la PCT tiende a unmínimo.Del promedio vertical (integración) de las propiedades termodinámicas en la PCD, seencontró que en la región de estudio las variables termodinámicas en la capa superior delocéano presentan tres zonas de comportamiento distinto, al norte de 27° N en donde lavariabilidad es mínima, una región central entre 26° N y 27° N en donde la variabilidades intermedia, y al sur de los 26° N en donde la variabilidad es máxima. Sólo a escalaestacional se establecen frentes de temperatura, salinidad y densidad entre 25° N y 27° N.En promedio, los frentes se observan en la salinidad y en la temperatura, pero no en ladensidad. Resultado que sugiere que en ésta región los gradientes de temperatura secompensan con los gradientes de salinidad. La variabilidad espacial reveló que laactividad de mesoescala para la salinidad es más intensa que para la temperatura y para ladensidad, lo que sugiere que la variabilidad de mesoescala de la densidad es controladapor la salinidad. Durante abril, cuando la Corriente de California y las surgencias costerasse intensifican, tanto la temperatura como la salinidad tuvieron su valor mínimo. Duranteoctubre, cuando el flujo neto de calor alcanza un máximo y tanto la Corriente deCalifornia como las surgencias se debilitan, la temperatura alcanzó su valor máximo. Elmáximo de salinidad se presentó en enero, cuando la Corriente de Californiapresumiblemente se colapsa. La variabilidad interanual de las propiedades integradas enla PCD parece que está relacionada con los ciclos El Niño-Oscilación del Sur (ENSO),probablemente también con pulsos de advección anómala de agua subártica.Del análisis de superficies isopícnicas cercanas a la picnoclina, se encontró que, enconcordancia con el balance geostrófico, la superficie promedio de 25σ θ estuvoinclinada, con la parte más somera (38 m) cerca de la costa y la parte más profunda (68m) mar adentro. El área más lejana de la costa se encontró dominada por remolinos. Lavariabilidad de los campos termodinámicos a lo largo de esta isopicna fue consistente conlos resultados de variabilidad de la temperatura y la salinidad en la capa de mezcla. Ladiferenciación de las zonas fue corroborada mediante análisis de gradientes detemperatura y de salinidad, y mediante perfiles verticales medios.En enero y abril, cuando las diferencias entre la profundidad de la superficie 25σ θ y laPCD fueron menores que 30 m, los gradientes de temperatura y los gradientes desalinidad tendieron a compensarse (0.8 ≤ R ≤ 1.2), donde R es la razón de densidad. Estoes consistente con la teoría que sugiere que los mecanismos de compensación en la capa de mezcla son función de los gradientes horizontales de densidad. En julio y octubre, laprofundidad de la superficie de 25 σ θ fue mayor que la PCD y 1.2 < R ≤ 1.8. Además, enel periodo más intenso de El Niño 1997-1998 resultó R > 1.8 en casi toda la región deestudio. Resultados que están en concordancia con la teoría que sustenta que lostransportes de sal y calor son proporcionales a la flotabilidad. Se confirmo que frentestermohalinos producidos por la confluencia de la masa de agua de origen subártico con lamasa de agua de origen ecuatorial generaron áreas de compensación frente a PuntaEugenia.Al estar analizando la variabilidad de la base de la picnoclina, se descubrió un remolinoanticiclónico subsuperficial con las mismas características que la masa de agua de laContracorriente Subsuperficial. El núcleo del remolino fue cuasi-circular con radio de 35km y anchura de 250 m. La máxima velocidad tangencial fue ~ 3 cms⁻¹. La masa de aguadel núcleo del remolino estuvo caracterizada por una temperatura potencial de 11 °C, unasalinidad de 34.5, y oxígeno disuelto de 1.4 mll⁻¹. El remolino subsuperficial se propagóhacia el oeste. El remolino cálido subsuperficial puede transportar agua de relativamentealta salinidad de origen bajacaliforniano hasta el giro subtropical del Pacífico Norte.En la parte más sureña de la Corriente de California, a escala estacional la variabilidad dela capa superior del océano está regulada no sólo por el intercambio de propiedades conla atmósfera sino también por los patrones de circulación, remolinos y mezcla, encambio, a escala interanual los procesos de escala grande, por ejemplo ENSO, modulansu variabilidad. Esto último resulta de particular importancia para el estudio defenómenos globales, por ejemplo el calentamiento de la tierra, ya que indica que la capasuperior del área de estudio registrará las alteraciones que experimenten las masas deagua subártica (cerca del polo) y ecuatorial (cerca del ecuador) por el incremento de latemperatura. In its upper layer, the ocean exchanges momentum, heat, and mass with the atmosphere.The ocean dynamics modifies the interchange processes in this layer. For this reasons,studies of the upper layer of the oceans have been of particular interest in oceanography.Using observations of high resolution (1 m) of the column of water, in this work thecauses of the inequality between the layer of constant temperature and the layer ofconstant density in the southern region of the Current of California - the EasternBoundary Current better known -, are investigated, and also their seasonal andinterannual variability. The data are of thirty-one surveys carried out in the period 1997 -2005 in the station plan of the program Investigaciones Mexicanas de la Corriente deCalifornia (IMECOCAL). The sampling interval is three months (January, April July,and October), approximately.Traditional oceanographic methods for scalar data were adapted for the space-timecoverage of the IMECOCAL program, and new methods were developed. The depths ofthe layers of constant temperature and constant density were obtained by two differentmethods found in the literature, besides we developed a new one based on Bayesianstatistics. For each survey, and each station, the data of temperature and salinity wereintegrated from the bottom of the layer of constant density to the surface. Besides thetraditional use of harmonic analysis, with Empirical Orthogonal Functions was possibleto identify the seasonal and interannual variability content in the data. For the generationof maps of the scalar fields, the method of objective analysis was implemented. Theoptimum correlation scales, in perpendicular and parallel direction to the coast,respectively, in general were Ly ~ 110 km and Lx ~ 90 km. The method was validated byMonte Carlo test. It is the first time that this type of validation is shown in objectiveanalysis studies. The depth of the layer of constant density (PCD) was greater that the depth of the layer ofconstant temperature (PCT), what implies that the net heat flux can reach a greater depththat the position of the thermocline. The PCD and the PCT reached its maximum inJanuary, 60 m and 40 m, respectively, and its minimum in July, 20 m and 15 m,respectively. It was tested, with a one-dimensional numerical model, that to first orderseasonal variations of the depths of the layers were related to the local variations of windstress and net heat flux by the surface. On the other hand, their internannual variabilitywas related to external forcing. Due to the effects of El Niño 1997-1998 in the area ofstudy, during January of 1998 the PCD and the PCT were anomalously deep, 90 m and86 m, respectively, which indicates that during strong events of El Niño the PCD andPCT’s difference goes to a minimum. With respect to the vertical mean (integration) of the thermodynamic properties in thePCD, in the study area results that the thermodynamic variables in the ocean upper layershows three zones of different behavior, at north of 27° N where the variability isminimum, a central region between 26° N and 27° N where the variability isintermediate, and south of 26° N where the variability is maximum. Only on seasonalscale fronts of temperature, salinity and density between 25° N and 27° N are present. Inaverage, the fronts are observed in salinity and temperature, but not in density. Resultsthat suggests that in this region the temperature gradients compensates with the salinitygradients. The space variability revealed that the mesoscale activity for the salinity ismore intense than for temperature and density, which suggests that the mesoscalevariability of the density is controlled is controlled by de salinity variability. In Aprilwhen both the California Current and the coastal upwelling system intensify, bothtemperature and salinity reached its seasonal minimum. During October when the netheat flux maximum occurs and both the California Current and coastal upwellingweakens, temperature reached its seasonal maximum. The maximum of salinity occurredin January, when the countercurrents are enhanced. The interannual variability of theproperties integrated in the PCD seems to be related to the cycles of El Niño-SouthernOscillation (ENSO), probably also with anomalous advection of subartic water.With respect to the analysis of isopycnal surfaces close to the PCD, it was found that inagreement with geostrophic balance, the mean 25σ θ surface was inclined, with theshallower part (38 m) inshore and the deeper part (68 m) offshore. Further from the coastwas dominated by eddies. The variability of the thermodynamic fields reveled thepresence of three zones: the northern (29-31ºN) low variability, the southern (25 - 27.5ºN) high variability and the central zone with moderate variability. The distinction of thethree zones was corroborated by analysis of temperature and salinity gradients as well asby in situ vertical profiles.In January and April, when the differences between the 25 surface potential density andthe PCD were < 30 m, temperature and salinity gradients tend to be compensated (0.8 ≤ R≤ 1.2). This is consistent with the theory that suggests that the compensation mechanismsin the mixed layer are function of the horizontal density gradients. On the other hand, inJuly and October, the depth of the 25 surface potential density was greater than the PCD1.2 < R ≤ 1.8, furthermore, in the stronger El Nino 1997-1998 there was R > 1.8 inalmost all the study area. Results that are in agreement with the theory that suggests thatthe salt and heat transports are proportional to the buoyancy in the thermocline.Termohaline fronts produced by the confluence of subartic and equatorial water massesgenerated areas of compensation off Punta Eugenia.While we were analyzing the variability of the bottom of the picnocline, a subsurfaceanticyclonic eddy was discovered. The eddy had the same water mass characteristics thatthe water mass of the California Undercurrent. The core of the eddy was quasi-circularwith radii of 35 km and thickness of 250 m. The maximum swirl velocity was ~ 3 cms⁻¹.The water mass of the core of the eddy was characterized by potential temperature of 11° C, salinity of 34.5, and dissolved oxygen of 1.4 mll⁻¹. The subsurface eddy propagatedwestward. The subsurface warm-eddy could transport relatively saline water into thePacific North subtropical gyre.In the southern part of the Current of California, seasonal variability of the upper layer ofis not only regulated by the exchange of properties with the atmosphere but also bycirculation, eddies, and mixing. On the contrary, interannual variability is regulated bybasin-scale processes, e.g. ENSO. This results are very important because of it is possibleto study the impact of global warming, since the upper layer of the study area willregister the perturbations of the subartic and equatorial water mass by the raising oftemperature. | |
| CICESE | |
| 2007 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Jerónimo Moreno, G.2007.Variabilidad termohalina de la capa superior del océano en la región sur de la corriente de California. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 150 pp. | |
| OCEANOGRAFÍA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Oceanografía Física |
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