Camada mista
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Camada mista oceânica
Importância da camada mista
A camada mista desempenha um papel importante no clima físico. Como o calor específico da água do oceano é muito maior que o do ar, os 2,5 m superiores do oceano mantêm tanto calor quanto toda a atmosfera acima dele. Assim, o calor necessário para alterar uma camada mista de 2,5 m por 1 ° C seria suficiente para aumentar a temperatura da atmosfera em 1 ° C. A profundidade da camada mista é, portanto, muito importante para determinar a faixa de temperatura nas regiões oceânicas e costeiras. Além disso, o calor armazenado dentro da camada mista oceânica fornece uma fonte de calor que impulsiona a variabilidade global como o El Niño.
A camada mista também é importante, pois sua profundidade determina o nível médio de luz observado pelos organismos marinhos. Em camadas mistas muito profundas, os pequenos organismos marinhos conhecidos como fitoplâncton não conseguem obter luz suficiente para manter seu metabolismo. O aprofundamento da camada mista no inverno no Atlântico Norte está, portanto, associada a uma forte diminuição na clorofila da superfície a. No entanto, essa mistura profunda também reabastece os estoques de nutrientes próximos à superfície. Assim, quando a camada mista se torna superficial na primavera e os níveis de luz aumentam, muitas vezes há um aumento concomitante da biomassa de fitoplâncton, conhecida como "Bloom da mola".
Formação da camada mista oceânica
Existem três fontes primárias de energia para impulsionar a mistura turbulenta dentro da camada mista de oceano aberto. A primeira é as ondas do oceano, que agem de duas maneiras. A primeira é a geração de turbulência perto da superfície do oceano, que atua para mexer água leve para baixo. Embora esse processo injete muita energia nos poucos metros superiores, a maioria se dissipa relativamente rapidamente. Se as correntes oceânicas variarem com a profundidade, as ondas podem interagir com elas para impulsionar o processo conhecido como circulação de Langmuir, grandes redemoinhos que se despertam a profundidades de dezenas de metros. A segunda são as correntes acionadas pelo vento, que criam camadas nas quais há tesouras de velocidade. Quando essas tesouras atingem magnitude suficiente, elas podem comer em líquido estratificado. Esse processo é frequentemente descrito e modelado como um exemplo de instabilidade de Kelvin-Helmholtz, embora outros processos também possam desempenhar um papel. Finalmente, se o resfriamento, a adição de salmoura de gelo marítimo congelante ou evaporação na superfície faz com que a densidade da superfície aumente, a convecção ocorrerá. As camadas mistas mais profundas (excedendo 2000 m em regiões como o mar de Labrador) são formadas nesse processo final, que é uma forma de instabilidade de Rayleigh -Taylor. Os primeiros modelos da camada mista, como os de Mellor e Durbin, incluíram os dois processos finais. Nas zonas costeiras, grandes velocidades devido a marés também podem desempenhar um papel importante no estabelecimento da camada mista.
A camada mista é caracterizada por ser quase uniforme em propriedades como temperatura e salinidade em toda a camada. As velocidades, no entanto, podem exibir tesouras significativas dentro da camada mista. A parte inferior da camada mista é caracterizada por um gradiente, onde as propriedades da água mudam. Os oceanógrafos usam várias definições do número para usar como profundidade da camada mista a qualquer momento, com base em fazer medições de propriedades físicas da água. Freqüentemente, ocorre uma alteração abrupta de temperatura chamada termoclina para marcar o fundo da camada mista; Às vezes, pode haver uma mudança abrupta de salinidade chamada haloclina também. A influência combinada das mudanças de temperatura e salinidade resulta em uma mudança abrupta de densidade, ou picnoclina. Além disso, gradientes nítidos em nutrientes (linhas de nutícia) e oxigênio (oxiclina) e um máximo na concentração de clorofila são frequentemente co-localizados com a base da camada mista sazonal.
Determinação de profundidade da camada mista oceânica
A profundidade da camada mista é frequentemente determinada pela hidrografia - fabricando medições das propriedades da água. Dois critérios frequentemente usados para determinar a profundidade da camada mista são a temperatura e a mudança de Sigma-T (densidade) de um valor de referência (geralmente a medição da superfície). O critério de temperatura usado em Levitus (1982) define a camada mista como a profundidade na qual a temperatura muda da temperatura da superfície é de 0,5 ° C. O critério Sigma-T (densidade) usado em Levitus usa a profundidade na qual ocorreu uma alteração do sigma da superfície-T de 0,125. Nenhum dos critérios implica que a mistura ativa está ocorrendo na profundidade da camada mista o tempo todo. Em vez disso, a profundidade da camada mista estimada a partir da hidrografia é uma medida da profundidade à qual a mistura ocorre ao longo de algumas semanas.
Espessura da camada de barreira
A espessura da camada de barreira (BLT) é uma camada de água que separa a camada superficial bem misturada da termoclina. Uma definição mais precisa seria a diferença entre a profundidade da camada mista (MLD) calculada a partir da temperatura menos a profundidade da camada mista calculada usando a densidade. A primeira referência a essa diferença como camada de barreira foi em um artigo que descreve as observações no Pacífico Ocidental como parte do estudo de circulação do Oceano Pacífico Ocidental. Nas regiões onde a camada de barreira está presente, a estratificação é estável devido à forte força de flutuabilidade associada a uma massa de água fresca (ou seja, mais flutuante) sentada no topo da coluna de água.
No passado, um critério típico para a MLD era a profundidade na qual a temperatura da superfície resfrie por alguma mudança de temperatura dos valores da superfície. Por exemplo, o levito usou 0,5 ° C. No exemplo à direita, 0,2 ° C é usado para definir o MLD (ou seja, DT-02 na figura). Antes da abundante salinidade subterrânea disponível na Argo, essa era a principal metodologia para calcular a MLD oceânica. Mais recentemente, um critério de densidade foi usado para definir a MLD. A MLD derivada da densidade é definida como a profundidade em que a densidade aumenta do valor da superfície devido a uma diminuição da temperatura prescrita de algum valor (por exemplo, 0,2 ° C) do valor da superfície, mantendo o valor constante da salinidade da superfície. (isto é, DT -02 - DSigma).
BLT regimesGrandes valores do BLT são normalmente encontrados nas regiões equatoriais e podem chegar a 50 m. Acima da camada de barreira, a camada bem misturada pode ser devida à precipitação local que excede a evaporação (por exemplo, no Pacífico Ocidental), o escoamento do rio relacionado às monções (por exemplo, no norte do Oceano Índico) ou advecção de água salgada subdoduzida nos subtrópicos (encontrados em todos os giros oceânicos subtropicais). A formação da camada de barreira nos subtrópicos está associada à mudança sazonal na profundidade da camada mista, um gradiente mais nítido na salinidade da superfície do mar (SSS) do que o normal e a subducção na frente do SSS. Em particular, a camada de barreira é formada na temporada de inverno no flanco equatorial de máximos de salinidade subtropical. Durante o início do inverno, a atmosfera esfria a superfície e o vento forte e a flutuabilidade negativa, forçando a temperatura a uma camada profunda. Nesse mesmo tempo, a salinidade de superfície fresca é defesa das regiões chuvosas nos trópicos. A camada de temperatura profunda, juntamente com a forte estratificação na salinidade, fornece as condições para a formação da camada de barreira.
Para o Pacífico Ocidental, o mecanismo de formação de camada de barreira é diferente. Ao longo do equador, a borda leste da piscina quente (normalmente 28 ° C isotérmica - ver SST Plot no oeste do Pacífico) é uma região de demarcação entre água fresca e oeste e água salgada e abatida no Pacífico Central. Uma camada de barreira é formada na camada isotérmica quando a água salgada é subdoduzida (isto é, uma massa de água mais densa se move abaixo de outra) do leste para a piscina quente devido à convergência local ou à água doce que substitui a água mais densa a leste. Aqui, ventos fracos, precipitação pesada, advecção leste de água de baixa salinidade, subducção para o oeste da água salgada e ondas equatoriais ou rossby equatoriais ou oving são fatores que contribuem para a formação de BLT profunda.
Importance of BLTAntes de El Nino, a piscina quente armazena calor e está confinada ao Pacífico Oeste. Durante o El Nino, a piscina quente migra para o leste, juntamente com a precipitação concomitante e as anomalias atuais. A busca dos ocidentais é aumentada durante esse período, reforçando o evento. Usando dados do navio de oportunidade e atmosfera tropical-ancoradouros do Oceano (TAO) no Pacífico Ocidental, a migração leste e oeste da piscina quente foi rastreada ao longo de 1992-2000 usando salinidade da superfície do mar (SSS), temperatura da superfície do mar (SST) , Correntes e dados subterrâneos da condutividade, temperatura, profundidade tomada em vários cruzeiros de pesquisa. Este trabalho mostrou que, durante o fluxo para o oeste, o BLT no Pacífico Ocidental ao longo do equador (138OE-145OE, 2ON-2OS) estava entre 18 m-35 m, correspondendo ao SST quente e servindo como um mecanismo de armazenamento eficiente para o calor. A formação da camada de barreira é acionada por correntes para o oeste (isto é, convergir e subdutir) ao longo do equador, perto da borda leste da frente de salinidade que define a piscina quente. Essas correntes para o oeste são acionadas pelas ondas de Rossby em queda e representam uma advecção para o oeste do BLT ou um aprofundamento preferencial da termoclina mais profunda versus a haloclina mais rasa devido à dinâmica das ondas Rossby (ou seja, essas ondas favorecem o alongamento vertical da coluna de água superior). Durante o El Nino, os ventos de oeste dirigem a piscina quente para o leste, permitindo que a água fresca andasse em cima da água mais fria/mais salgada/mais densa a leste. Usando modelos acoplados, atmosféricos/oceânicos e ajustando a mistura para eliminar o BLT por um ano antes de El Nino, foi demonstrado que o acúmulo de calor associado à camada de barreira é um requisito para o Big El Nino. Foi demonstrado que existe uma relação estreita entre SSS e SST no Pacífico Ocidental e a camada de barreira é fundamental para manter o calor e o momento na piscina quente dentro da camada estratificada de salinidade. Trabalhos posteriores, incluindo os Drifters de Argo, confirmam a relação entre a migração leste da piscina quente durante o armazenamento de calor de El Nino e a camada de barreira no Pacífico Ocidental. O principal impacto da camada de barreira é manter uma camada mista rasa, permitindo uma resposta acoplada ao ar. Além disso, o BLT é o fator -chave para estabelecer o estado médio que é perturbado durante o El Nino/La Niña
Formação de camada mista limnológica
A formação de uma camada mista em um lago é semelhante à do oceano, mas é mais provável que a mistura ocorra em lagos devido às propriedades moleculares da água. A água muda a densidade à medida que muda de temperatura. Nos lagos, a estrutura da temperatura é complicada pelo fato de que a água doce é mais pesada a 3,98 ° C (graus Celsius). Assim, nos lagos onde a superfície fica muito fria, a camada mista se estende brevemente até o fundo da mola, à medida que a superfície se aquece e no outono, à medida que a superfície esfria. Esse capotamento geralmente é importante para manter a oxigenação de lagos muito profundos.
O estudo da limnologia abrange todos os corpos d'água interiores, incluindo corpos de água com sal. Nos lagos e mares salinos (como o Mar Cáspio), a formação de camada mista geralmente se comporta de maneira semelhante ao oceano.
Formação da camada mista atmosférica
A camada mista atmosférica resulta de movimentos de ar convectivo, normalmente vistos no meio do dia em que o ar na superfície é aquecido e aumenta. Portanto, é misturado pela instabilidade de Rayleigh -Taylor. O procedimento padrão para determinar a profundidade da camada mista é examinar o perfil da temperatura potencial, a temperatura que o ar teria se fosse trazida para a pressão encontrada na superfície sem ganhar ou perder calor. Como esse aumento da pressão envolve a comprimir o ar, a temperatura potencial é maior que a temperatura in situ, com a diferença aumentando à medida que se é mais alta na atmosfera. A camada mista atmosférica é definida como uma camada de temperatura potencial (aproximadamente) constante, ou uma camada na qual a temperatura cai a uma taxa de aproximadamente 10 ° C/km, desde que esteja livre de nuvens. Essa camada pode ter gradientes na umidade, no entanto. Como é o caso da camada mista do oceano, as velocidades não serão constantes em toda a camada mista atmosférica.