Perfil Persistente da Corrente das Agulhas Maiores

(Crédito: J. Vorneveld em Morris e outros (SAEON) 2017)

Fig. 1 - ADCPs Teledyne RDI instalados em bóias de topo do ASCA Mooring Array. (Crédito: SAEON Egagasini Node. Http://asca.dirisa.org/)

Fig. 2 - Localização do arranjo atracado do LOCO no Canal de Moçambique. (Crédito: H. Ridderinkhof (NIOZ) 2006. https://goo.gl/FrCL2b)

Fig. 3 - Uma configuração posterior de amarrações de LOCO no Canal de Moçambique. Perfis ADCP são indicados. Escalas: profundidade (m), distância (km). (Adaptado de H. Ridderinkhof e outros (NIOZ) 2010. https://doi.org/10.1029/2009JC005619)

O sistema da Grande Agulhas Corrente foi examinado com extensas e persistentes matrizes ancoradas nas últimas duas décadas. Um elemento crítico foi capturar o volume transportado por fortes correntes no oceano superior. Por esse motivo, muitas das linhas de atracação foram cobertas com ADCPs Teledyne RDI, da Uplooking. (Crédito: J. Ullgren (NIOZ) 2010. https://goo.gl/SJ4dWJ)

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Duas décadas de ADCPs ancorados na África Austral

Nas duas últimas décadas, as correntes enérgicas e profundas da África Austral testemunharam um escrutínio persistente. Encontrado na borda ocidental do Oceano Índico Sul, o sistema da Corrente de Agulhas exibe complexos padrões de circulação - retroflexão, meandros e anéis. Eles mostram uma grande variabilidade de ano para ano. Além disso, esses fluxos medeiam as trocas entre três dos principais oceanos do mundo: índio, Atlântico e sul.

Mais importante ainda, a Corrente da Grande Agulhas agora é suspeita de influenciar o sistema climático global. Seu papel é pré-condicionar as águas que mais tarde entrarão na parte de submergimento da circulação global.

Medir essas correntes tem sido um desafio. Para capturar sua extensão, as medições precisam atingir profundidade. Para resolver as alterações ao longo do tempo, as medições precisam ser mantidas. E para sobreviver, os métodos de medição persistentes precisam suportar a energia dessas correntes poderosas. Por exemplo, vagabundos de superfície, flutuadores e planadores são rapidamente removidos.

Programas que fazem medições de longo prazo das principais correntes oceânicas dependem de amarrações resilientes. E para medir correntes fortes no oceano superior, essas amarras carregam ADCPs.

Neste relatório, analisamos várias campanhas consecutivas ao longo de duas décadas que usaram os ADCPs da Teledyne RDI para medir a Corrente da Grande Agulhas. Para ajudar a capturar esse sistema incrivelmente dinâmico, cada campanha fixava os ADCPs no topo das linhas de ancoragem e no fundo do mar como parte de amplas matrizes observacionais.

Durante uma década, cientistas holandeses concentraram-se na força, variabilidade e estrutura dos fluxos a montante alimentando as Agulhas.

Mais tarde, na parte sudeste da África do Sul, pesquisadores norte-americanos concluíram o Experimento de Série Temporal da Corrente das Agulhas (ACT), monitorado por três anos. Um uso de seus dados foi a verdade do solo para criar um índice baseado em satélite de longo prazo para mudanças na Corrente de Agulhas.

E agora, um programa multinacional em andamento continua o trabalho - Agulhas System Climate Array (ASCA). Ele está coletando observações persistentes por pelo menos cinco anos para explorar os impactos regionais e globais - principalmente questões climáticas.

Monitoramento Atual Extensivo e Persistente na África Austral
Os córregos da Corrente de Agulhas ficam na costa leste do sul da África. Essa grande corrente exerce influência diversa - local e globalmente. Para a África Austral, as Agulhas afectam o transporte marítimo e o clima regional à biodiversidade local. Mais globalmente, as propriedades da água das Agulhas estão agora ligadas ao sistema climático da Terra.

Cerca de um sexto do volume transportado pelas Agulhas sai do Oceano Índico para o Atlântico. Estudos paleo sugerem que a quantidade variou ao longo de eras. Abaixo da ponta da África do Sul, os meandros das Agulhas se fecham e se transformam em anéis de grande diâmetro. Esses anéis se propagam para o oeste em direção ao centro do Atlântico. Eles fornecem uma fonte de águas mais quentes e mais salgadas para o membro de retorno da circulação global de capotamento.

O resultado de estudos climáticos é um interesse maior em como esses anéis variam. Pesquisas relacionadas consideraram o que desencadeia seu antecedente - serpenteiam nas Agulhas. Por sua vez, essa atenção fixa nos redemoinhos entrando no sistema Agulhas mais a montante.

Para desvendar essa complexidade, o sistema da Corrente da Grande Agulhas foi examinado com amplas e persistentes matrizes ancoradas nas últimas duas décadas. Um elemento crítico foi capturar o volume transportado por fortes correntes no oceano superior. Por esse motivo, muitas das linhas de atracação foram cobertas com ADCPs Teledyne RDI, da Uplooking.

Em uma nota lateral, os ADCPs têm uma longa história nessas águas. Em meados da década de 1980, o Prof. Fritz Schott (Universidade de Miami) fez uso precoce de ADCPs em ascensão sobre amarras na África, incluindo a Corrente E. Madagascar.

Experiência das Fontes Correntes de Agulhas (ACSEX): 2000-2001
No final da década de 1990, os cientistas estavam incertos de que existia um fluxo contínuo de fronteiras ao largo de Moçambique para abastecer as Agulhas. Para esclarecer a questão, cientistas holandeses conduziram o Experimento das Fontes Correntes de Agulhas (ACSEX) em 2000-2001. O estudo foi realizado pelo NIOZ (Instituto Holandês de Pesquisas Marítimas) e seus parceiros. O projeto se concentrou na força, variabilidade e estrutura das correntes.

Sete amarras atravessaram o Canal de Moçambique durante um ano. ADCPs Uplooking foram instalados a 500 m de profundidade no lado oeste, onde uma corrente limite pode ser esperada. Uma constatação convincente foi que a quantidade e a direção da água transportada pelo Canal flutuaram notavelmente - muito maior do que o valor médio anual. Os pesquisadores concluíram que não houve Corrente de Moçambique persistente.

A massa de água e o transporte de propriedade pelo Canal foram devidos a um trem regular de grandes turbilhões (300 km de diâmetro) que se moviam para o sul. A passagem desses turbilhões ficou clara nos dados do ADCP e do medidor atual. Isso ajudou a interpretar dados de satélite.

A análise combinada reforçou as idéias de que os turbilhões à deriva para o sul eram catalisadores dinâmicos. Não só provocam variabilidade de mesoescala na Corrente de Agulhas, como afetam o volume de água transferido para o Atlântico.

Observações sobre o clima oceânico a longo prazo (LOCO): 2003—2012
Devido às suas descobertas intrigantes, o ACSEX tornou-se um trampolim para um estudo observacional muito mais longo. Este foi um componente do programa holandês de pesquisa global intitulado Observações Climáticas do Oceano a Longo Prazo (LOCO).

A partir de 2003, a NIOZ e seus parceiros instalaram sete amarrações profundas a 17 ° S, na parte mais estreita do Canal de Moçambique. O projeto LOCO reimplantou a extensa estrutura de ancoragem várias vezes. A matriz completa foi mantida por sete anos e uma matriz reduzida ainda mais.

Os 500 m superiores continham as correntes mais fortes. No projeto inicial do arranjo, seis das amarras foram cobertas com ADCPs ascendentes de 75 kHz da Teledyne RDI. No lado oeste do canal, as amarras tinham ADCPs próximos do leito para ver uma corrente subterrânea, que é direcionada para o equador.

O conjunto de dados abrange muitos anos com cobertura espacial consistente e impressionante em todo o Canal de Moçambique. À medida que o registro disponível se alongou, os cientistas holandeses examinaram diferentes facetas do transporte de volume através do Canal. Em particular, essa longevidade é necessária para ver ligações com sistemas atuais remotos nas regiões equatoriais e indonésias.

Os pesquisadores discerniram que a variabilidade no transporte poderia ser classificada em três categorias. Para escalas de tempo mais curtas, os grandes turbilhões recorrentes que passam para o sul dominam as mudanças no transporte. Essas estimativas tornaram-se estatisticamente mais confiáveis ​​quando baseadas no registro de dados mais longo.

Para períodos sazonais, mudanças modestas nos volumes de fluxo foram vinculadas a padrões de estresse do vento na bacia do Oceano Índico.

Em escalas de tempo interanual, mudanças muito maiores do que as variações sazonais foram encontradas. Essas oscilações no transporte de volume foram atribuídas a flutuações climáticas de grande escala. Os últimos são identificados por um índice climático regional - IOD (Indian Ocean Dipole).

Expor os detalhes dessa conexão climática sutil foi possível devido à longa duração do conjunto de dados. Notavelmente, uma defasagem de quase 12 meses foi encontrada entre as mudanças no índice climático IOD e a correspondente variação nos volumes de água fornecidos à Corrente de Agulhas.

Experiência das séries temporais das Agulhas (ACT): 2010—2013
Mais ao sul, outra extensa estrutura ancorada atravessou a Corrente de Agulhas de 2010 até 2013. Este projeto foi o Experimento da Série de Tempo Atual (ACT) dos EUA, liderado pela Prof. Lisa Beal, da Universidade de Miami. Localizada na costa sudeste da África do Sul, em águas a 4700 m de profundidade, a seção ACT foi posicionada ao longo de uma pista terrestre de um altímetro de satélite.

O arranjo de amarração compreendia sete amarras com profundidade total. Inicialmente, cada amarração era coberta com um ADCP para monitorar fluxos fortes nos 350 m superiores. As velocidades de pico foram quase 2 m / s. Em uma implantação posterior, as amarras perto do núcleo da Corrente foram encerradas mais profundamente. Eles carregaram um Long Ranger ADCP de 75 kHz para medir as correntes nos 500 m superiores.

A Corrente tinha cerca de 200 km de largura e atingia 3000 m de profundidade. A água transportada foi de 84 milhões de metros cúbicos por segundo. Uma descarga semelhante foi relatada para os 2000 m superiores da Corrente do Golfo, onde ela deixa a costa dos EUA.

Além de quantificar o volume de água transportado pelo Agulhas, os dados de ancoragem revelaram como esse transporte mudou com a estação. Essas observações forneceram informações básicas que apoiavam os resultados anteriores baseados em satélites. Anteriormente, este último havia sido questionado. A fase do seu ciclo anual foi “quase oposta” aos resultados da modelação computacional e às observações mais a norte no Canal de Moçambique.

Essa validação com as medições ancoradas foi essencial para que os cientistas pudessem usar os dados do altímetro como um índice de 20 anos do transporte da corrente. Este índice ofereceu um registro muito mais longo para examinar mudanças sazonais e interanuais na Corrente.

Foi significativa a resposta das Agulhas à intensificação dos padrões globais de vento desde os anos 90. O fluxo médio das Agulhas não aumentou. Este achado está em desacordo com algumas expectativas teóricas. Em vez disso, a distribuição do campo atual é agora mais ampla - atribuída à ação aprimorada do turbilhão. Um efeito knock-on é maior troca de propriedades da água com águas costeiras. Tais mudanças na oferta de nutrientes podem afetar a pesca regional.

Agulhas System Climate Array (ASCA): 2015 - presente
A partir de 2015, o Agulhas System Climate Array (ASCA) ocupa o mesmo transecto de ACT, próximo a 34 ° S. O projeto inclui cientistas de várias nações. Eles pretendem coletar observações persistentes da Corrente de Agulhas por pelo menos cinco anos.

O arranjo ASCA inclui nove amarras atingindo 200 km da costa. Em águas profundas são sete altas amarras a 4500 m. Mais perto da costa encontram-se duas amarras no fundo do mar, a cerca de 100 m de profundidade. Os últimos usam ADCPs de 300 kHz, enquanto as amarrações profundas carregam ADCPs Long Ranger de 75 kHz.

Essas séries temporais documentarão variações nos fluxos de propriedades da água, bem como os volumes transportados pela Corrente. Dois aspectos atraíram um interesse especial: mudanças ao longo de vários anos e intercâmbios com águas costeiras importantes para a pesca.

Ao abordar seu aspecto climático, o projeto ASCA considerará um contexto de toda a bacia. O transporte oceânico de calor será enfatizado.

Os cientistas da ASCA planejam mesclar resultados na Corrente de Agulhas com informações do interior. Estes últimos vêm de satélites e de flutuadores de perfil Argo. Essas outras fontes quantificarão mecanismos de grande escala (por exemplo, vento, circulação oceânica remota) que são suspeitos de causar variabilidade no sistema Agulhas. Os cientistas, em especial, querem examinar as idéias sobre a resposta da Corrente das Agulhas Maiores a um clima em mudança - notadamente os sistemas eólicos globais.

Olhando para frente
A influência das principais correntes oceânicas em nosso ambiente de vida - de furacões ao clima da terra - é agora mais amplamente apreciada. No entanto, desenvolver esse entendimento tem sido - e continua sendo - desafiador.

Uma mistura de métodos é necessária para esclarecer os efeitos a longo prazo do aquecimento global. Arrays atracados i principais correntes oceânicas fornecem um ingrediente essencial. As percepções vieram de pesquisadores que usam modelos de computador e observações baseadas em satélites. E drifters, planadores e carros alegóricos podem fornecer instantâneos. No entanto, não há substituto para ficar por aí nesses fluxos profundos e energéticos.

Para que os cientistas vejam tendências de longo prazo e conexões em grande escala, essas matrizes atracadas devem coletar séries temporais sustentadas. Sua instrumentação e linhas de ancoragem devem ser resilientes. E as correntes oceânicas de alta velocidade devem ser medidas. Para todos esses requisitos de observação oceânica, os ADCPs da Teledyne RDI continuam sendo uma solução exclusivamente relevante.