Utilizarea derivatelor Argo și

Utilizarea drifturilor Argo și a datelor de altimetrie prin satelit pentru a obține circulația în Atlanticul de Nord DISERTARE pentru a obține gradul de Doctor în Științe Naturale Dr. rer. nat. Facultatea I (Fizică/Inginerie electrică) a prezentat de Falk Richter Data colocviului: 24.09.2010 1. Recenzor: Prof. Dr. Peter Lemke Recenzorul 2: Prof. Dr. Rüdiger Gerdes Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research

utilizarea

Cuprins Introducere 1 1 Stadiul tehnicii 7 1.1 Modelare. 7 1.2 Observații și măsurători. 10 2 Situația datelor 15 2.1 WorldOceanAtlas2005 (WOA05). 16 2.2 Altimetrie prin satelit. 18 2.3 Profilurile derivaților autonomi (Argo). 19 2.4 Climatologia Gouretzki și Kolterman (GKK). 25 2.5 Stres de forfecare. 26 3 Modele și metode 29 3.1 Modelul oceanului cu elemente finite inverse (IFEOM). 30 3.1.1 Funcția de cost. 32 3.1.2 T/SAdvection/Difusion. 35 3.1.3 Climatologia de fond T/S. 36 3.1.4 Asimilarea argo-ului. 37 3.1.5 Asimilarea altimetriei. 40 3.1.6 Adaptarea la presiunea din marea adâncă. 41 3.1.7 Dezvoltarea costurilor. 44 3.2 Condiții limită. 45 3.3 Analiza obiectivă. 46 4 Influența datelor de argo și de altimetrie prin satelit asupra rezultatului modelului 4.1 4.1 Simulare de model efectuate. 49 4.2 Simulare de referință. 50 4.3 Combinație de date argo și altimetrie. 52 4.4 Influența datelor argo. 54 4.5 Interacțiunea datelor de argo și altimetrie. 56 4.6 Influența datelor altimetrice. 61 4.7 Bunătatea de a se potrivi cu datele de argo și altimetrie. 64 4.8 Concluzie. 68 1

2 Cuprins 5 Evaluare 69 5.1 Compararea cu analiza obiectivă. 69 5.2 Analiza devierii suprafeței. 75 5.2.1 Analiza tendinței deformării suprafeței. 77 5.2.2 Variabilitatea inter-anuală a devierii suprafeței. 83 5.3 Analiza conținutului de căldură. 88 5.4 Analiza transportului de căldură. 94 5.4.1 Analiza tendințelor transportului de căldură. 96 5.5 Estimarea debitului de căldură atmosferică. 101 5.6 Estimarea erorii. 103 5.7 Concluzie. 109 6 Rezumatul și perspectivele 111 Bibliografie 115 Lista figurilor 122 Lista tabelelor 124 Simboluri și abrevieri 127 Index 129

24 Valorile situației datelor din WOA05 au fost înlocuite. Prin formarea diferenței (ecuația: 2.2), contribuția lor la DHA este omisă. Criteriul celor 3 abateri standard (σ) este, de asemenea, utilizat aici. Dacă ecuația 2.4 pentru (1 i N) măsurătorile Argo nu este îndeplinită, datele sunt respinse. (DHAi SLA i) 2> 3 σ ((DHA i SLA i) 2) (2.4) Cu această procedură nu se sortează niciun profil Argo din cauza lipsei măsurătorilor de altimetrie prin satelit la latitudini mari. O excludere bazată pe ecuația 2.4 poate fi observată numai în regiunea Gulf Stream. Într-o regiune în care se pot găsi variabilități temporale și spațiale ridicate, cum ar fi vârtejurile la scară mezo. (a) (b) (c) (d) Figura 2.8: T (sau S) și numărul profilurilor Argo interpolate orizontal per punct de rețea la o adâncime de 120 m (de exemplu pentru 2005): (a) Temperatura ( T); (b) numărul de profiluri T; (c) salinitatea (S) și (d) numărul de profiluri S. Structura spațială T -unds din Atlanticul de Nord este suficient reprezentată de măsurătorile Argo. Densitatea datelor în partea de sud-est a zonei modelului este foarte redusă, iar numărul măsurătorilor de profil luate în considerare pentru fiecare punct de rețea model este rar mai mare de 5 (maxim 39).

26 Situația datelor 2.5 Tensiunea de forfecare a vântului Forța orizontală pe zonă pe care vântul o exercită pe suprafața oceanului este cunoscută sub numele de forță de forfecare a vântului și descrie transmisia verticală a componentei de moment orizontal. Momentul este astfel transferat din atmosferă în ocean prin efortul de forfecare al vântului și poate fi calculat după cum urmează: 0,29 + 3,1/U 10 + 7,7/U τ = ρ A CD U 10 U 10 cu 1000 CD = 10,2 timp de 3 m U s 10 6 m, s 0,6 + 0,07U 10, pentru 6 m U s 10 26 m. s (2,5) unde ρ A = 1,3 kg/m 3 este densitatea medie a aerului, U 10 este viteza vântului la o înălțime de 10 m și CD este coeficientul de tracțiune (Trenberth și colab., 1989; Harrison, 1989). (a) (b) (c) (d) Figura 2.10: Stresul vântului: (a) zonal (2005) cu; (b) abaterea standard în timp; (c) meridional (2005) cu, (d) abaterea standard în timp. Figura 2.10a prezintă vânturile dominante de vest, precum și vânturile de est din zona subtropicală a Atlanticului de Nord.

2.5 Stresul de forfecare a vântului 27 În această lucrare, forța de forfecare a vântului și viteza vântului din reanaliza NCEP sunt utilizate pentru calcul. Acestea sunt furnizate de NOAA/ESRL PSD 3 și sunt disponibile la www.esrl.noaa.gov/psd/. Informații suplimentare despre aceste date pot fi găsite în Kalnay și colab. (1996). Media anuală a efortului zonal și meridian al vântului (la o înălțime de 10 m) se calculează din media lunară respectivă. Produsele de reanaliză se bazează pe un sistem de analiză și prognoză de ultimă generație care încorporează toate măsurătorile vântului din 1948 până în prezent prin intermediul asimilării datelor. Pentru cei 10 ani de simulare (1999-2008), se utilizează datele de tensiune eoliană zonală și meridională aparținând anului. Figura 2.10 prezintă un exemplu de stres de vânt zonal (2.10a) și meridional (2.10c) pentru anul 2005. Componenta zonală prezintă vânturile dominante de vest, precum și vânturile de est din zona subtropicală a Atlanticului de Nord. 3 Administrația Națională Oceanică și Atmosferică, Laboratorul de Cercetare a Sistemului Pământ, Divizia de Științe Fizice, Boulder, Colorado, SUA

3.1 Modelul oceanului cu element finit invers (IFEOM) 43 (a) (b) (c) (d) Figura 3.6: Funcția de curent barotrop (intervalul de contur 5 Sv): (a) a cursei de referință fără constrângerea vitezei în oceanul profund și, ( b) cursa de referință cu constrângerea vitezei în oceanul adânc. În mod similar, MOC (interval de contur 2 Sv, 1 Sv dacă MOC