Argo Drifters és

Argo drifterek és műholdas magasságmérési adatok felhasználása az észak-atlanti keringés levezetésére ÉRTEKEZÉS a természettudományok doktora fokozat megszerzéséhez Dr. rer. nat. I. Kar (Fizika/Villamosmérnöki szak) Falk Richter előadásában A kollokvium időpontja: 2010.09.24. 1. Lektor: Prof. Dr. Peter Lemke 2. bíráló: Prof. Dr. Rüdiger Gerdes Alfred Wegener Sarki és Tengeri Kutatási Intézet

adatok hatása

Tartalom Bevezetés 1 1 A technika állása 7 1.1 Modellezés. 7 1.2 Megfigyelések és mérések. 10 2 Adathelyzet 15 2.1 WorldOceanAtlas2005 (WOA05). 16 2.2 Műholdas magasságmérés. 18 2.3 Az autonóm sodródók profiljai (Argo). 19 2.4 Gouretzki és Kolterman klimatológia (GKK). 25 2.5 Szélnyíró feszültség. 26 3 Modellek és módszerek 29 3.1 Fordított végeselemek óceáni modellje (IFEOM). 30 3.1.1 Költségfüggvény. 32 3.1.2 T/SAfelvétel/diffúzió. 35 3.1.3 T/S háttérklimatológia. 36 3.1.4 Argo asszimiláció. 37 3.1.5 Magasságmérés asszimiláció. 40 3.1.6 Alkalmazkodás a mélytengeri nyomáshoz. 41 3.1.7 Költségfejlesztés. 44 3.2 Határfeltételek. 45 3.3 Objektív elemzés. 46 4 Az argo és a műholdas magasságmérési adatok hatása a modell eredményére 49 4.1 Végzett modellszimulációk. 49 4.2 Referencia-szimuláció. 50 4.3 Argo és magasságmérési adatok kombinációja. 52 4.4 Az argo adatok hatása. 54 4.5 Argo és magasságmérési adatok kölcsönhatása. 56 4.6 A magasságmérési adatok hatása. 61 4.7 Az Argo-hoz való illeszkedés és a magasságmérés adatainak jósága. 64 4.8 Következtetés. 68 1

2 Tartalomjegyzék 5 Értékelés 69 5.1 Összehasonlítás objektív elemzéssel. 69 5.2 A felület elhajlásának elemzése. 75 5.2.1 A felület elhajlásának trendelemzése. 77 5.2.2 A felület elhajlásának évközi változékonysága. 83 5.3 A hőtartalom elemzése. 88 5.4 A hőtranszport elemzése. 94 5.4.1 A hőtranszport trendelemzése. 96 5.5 A légköri hőáram becslése. 101 5.6 Hibabecslés. 103 5.7 Következtetés. 109 6 Összefoglalás és kitekintés 111 Irodalomjegyzék 115 Ábra lista 122. táblázat Táblázat 124 Szimbólumok és rövidítések 127 Tárgymutató 129

24 A WOA05 adathelyzet értékei kicserélve. A különbség kialakításával (2.2. Egyenlet) a DHA-hoz való hozzájárulásuk elmarad. A 3 szórás (σ) kritériumát itt is alkalmazzuk. Ha az (1 i N) Argo mérések 2.4. Egyenlete nem teljesül, az adatokat elutasítjuk. (DHAi SLA i) 2> 3 σ ((DHA i SLA i) 2) (2.4) Ezzel az eljárással alig rendeznek Argo profilokat a nagy szélességi fokokon hiányzó műholdas magasságmérések miatt. A 2.4 egyenleten alapuló kizárás csak a Golf-áramlat régiójában figyelhető meg. Egy olyan régióban, ahol nagy az időbeli és a térbeli ingadozás, például a mezoszkális örvények. a) b) c) d) 2.8. ábra: T (vagy S) és vízszintesen interpolált Argo profilok száma rácspontonként 120 m mélységben (a 2005-ös példa esetében): a) Hőmérséklet ( T); b) a T profilok száma; (c) sótartalom (S) és (d) az S-profilok száma. Az Atlanti-óceán északi részén található T -unds térbeli struktúráját kellőképpen ábrázolják az Argo mérések. Az adatsűrűség a modellterület délkeleti részén nagyon alacsony, és az egyes modellrács-pontoknál figyelembe vett profilmérések száma ritkán nagyobb, mint 5 (maximum 39).

26 Adathelyzet 2.5 Szél nyírófeszültség A területre jutó vízszintes erő, amelyet a szél az óceán felszínén fejt ki, szélnyíró stressz néven ismert, és leírja a vízszintes nyomatékkomponens függőleges átadását. A lendületet a szél nyírófeszültsége a légkörből az óceánba továbbítja, és a következőképpen számítható: 0,29 + 3,1/U 10 + 7,7/U τ = ρ A CD U 10 U 10 1000 CD = 10-rel, 2 3 m-re U s 10 6 m, s 0,6 + 0,07 U 10, 6 m esetén U s 10 26 m. S (2,5), ahol ρ A = 1,3 kg/m 3 a levegő átlagos sűrűsége, U 10 a szél sebessége 10 m magasságban és A CD a húzó együttható (Trenberth et al., 1989; Harrison, 1989). (a) (b) (c) (d) 2.10. ábra: Szélfeszültség: (a) zonális (2005); b) szórás az idő múlásával; (c) meridional (2005), (d) szórás az idő függvényében. A 2.10a. Ábra az uralkodó nyugati, valamint a keleti szeleket mutatja az Atlanti-óceán északi részének szubtrópusi területén.

2.5 Szél nyírófeszültsége 27 Ebben a munkában a számításhoz az NCEP újraelemzésének szélnyíró feszültségét és szélsebességeit használják. Ezeket a NOAA/ESRL PSD 3 biztosítja, és elérhetőek a www.esrl.noaa.gov/psd/ címen. Ezen adatokkal kapcsolatos további információk Kalnay és mtsai. (1996). A zónás és meridionális szélfeszültség (10 m magasságban) éves átlagát a megfelelő havi átlagból számítják ki. Az újranalízis termékei a legmodernebb elemzési és előrejelzési rendszeren alapulnak, amely az adatok asszimilációjának felhasználásával minden szélmérést magában foglal 1948-tól napjainkig. A 10 szimulációs évre (1999-2008) az évhez tartozó zónás és meridionális szélfeszültség-adatokat használják. A 2.10. Ábra a zónás (2.10a) és a meridionális (2.10c) szélfeszültségre mutat példát a 2005. évre. A zónás komponens az Atlanti-óceán északi részének szubtrópusi területén domináns nyugati és keleti szeleket mutatja. 3 Nemzeti Óceáni és Légköri Adminisztráció, Földrendszer Kutató Laboratórium, Fizikai Tudományok Osztálya, Boulder, Colorado, USA

3.1. Fordított végeselemű óceáni modell (IFEOM) 43 (a) (b) (c) (d) 3.6. Ábra: Barotrop áramfüggvény (5 Sv kontúrintervallum): b) a referenciafutás a mély óceán sebességének korlátozásával. Hasonlóképpen, a MOC (kontúrintervallum 2 Sv, 1 Sv, ha MOC