Diagnostic model analysis of decade scale changes of Baltic Sea hydrography

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017112252097
Title: Diagnostic model analysis of decade scale changes of Baltic Sea hydrography
Author: Juva, Katriina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2016
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017112252097
http://hdl.handle.net/10138/160859
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geophysics
Geofysiikka
Geofysik
Abstract: The temperature and the salinity fields (i.e. the hydrography) of the Baltic Sea determine the density and hence the stratification and density depended circulation of the sea. These features are affected by the changes in the hydrologic circulation, most importantly by the changes in the atmospheric circulation and in the water exchange with the North Sea. The aims of this thesis are to study the hydrographical conditions and changes for the period 1971 - 2007 of the surface and bottom layers of the Baltic Sea and the model sensitivity to number of variables. The surface layer is well studied, but on the whole Baltic Sea scale, the bottom layer studies are rare in number. The halocline and thermocline depths are also included, since they provide information about the mixing. By combining the information from the surface and the bottom, the overview for the whole hydrographical state is provided. For the analysis, three hindcast simulations based on the three-dimensional North-Baltic Sea model are used. The simulations differ in the number of vertical layers, initial conditions and the strength of the bottom drag coefficient. The results show that the vertical stratification is weaker in model than what is observed in in-situ measurements. The simulations differ remarkably in the salinity level and in its evolution. On average, the salinity is decreasing 0.1 - 0.4 ppt per decade except on the deepest parts of the Baltic Proper. The temperature is increasing at the surface and above the permanent halocline on average 0.2 - 0.4 degree Celsius per decade. Large regional differences between the west and east coast of the basins were found. The bottom temperature increase up to 1 degree Celsius per decade was found in the eastern coast of the eastern Gotland Basin, whereas on the Swedish coast the changes are more moderate and during some months, opposite. On the opposite site of the Bothnian Sea and the Gotland Basin, monthly anomalies up to degree Celsius were found for autumn months. In the deeper layers, the temperature decreases 0.2 - 0.4 degree Celsius per decade. The study showed that the Baltic Sea is undergoing a rapid change. In order to get a more detailed view of the changes in stratification and circulation, the changes in density should be studied next.Itämeren lämpötila- ja suolaisuusrakenne (eli meren hydrografia) määrittävät veden tiheyden ja siten kerrostuneisuuden ja tiheydestä riippuvan virtauskentän. Hydrografian määrittelee veden kiertokulku, jota hallitsevat Itämeren tapauksessa ilmastolliset olosuhteet ja veden vaihto Pohjanmeren kanssa. Tämän tutkielman tavoitteina on tutkia Itämeren hydrografian tilaa ja muutoksia vuosien 1971 - 2007 aikana pinta- ja pohjakerroksissa sekä tutkia merimallin herkkyyttä tietyille muuttujille. Itämeren pintakerrosta on tutkittu paljon, mutta koko Itämeren kattavat pohjakerroksen hydrografian tutkimukset ovat harvassa. Tutkimukseen on myös sisälletty halo- ja termokliinien syvyydet, sillä ne antavat tietoa sekoittumisesta. Yhdistämällä tulokset pinnasta ja pohjasta saadaan yleiskatsaus Itämeren hydrografisesta tilasta. Analyysityöhön käytettiin kolmea 3-D Pohjanmeri-Itämeri -malliin pohjautuvaa simulaatiota, jotka poikkeavat toisistaan vertikaalitasojen määrän, alkutilanteen ja pohjan kitkakertoimen osalta. Tuloksissa havaittiin, että mallin pystykerroksisuus on heikompaa kuin mitä on havaittu in-situ mittauksissa. Simulaatioiden välillä oli huomattavia eroja suolaisuuden tasossa ja sen kehittymisessä. Keskimääräinen suolaisuus laski tutkimusjakson aikana 0.1 - 0.4 ppt per vuosikymmen. Poikkeuksena oli Pohjanmeren veden kulkureitti Gotlannin altaalla, jossa muutos oli pienempi. Sekä lämpötilan pinta-arvot että halokliinin yläpuolella olevat pohja-arvot nousivat tutkimusjakson aikana keskimäärin 0.2 - 0.4 astetta per vuosikymmen. Pohja-arvoissa havaittiin paikallisia eroja altaiden itä- ja länsirantojen välillä. Itäisen Gotlannin altaan rannikolla pohjalämpötilat kohosivat syksyllä jopa asteen per vuosikymmen, kun Ruotsin rannikolla havaittiin pieniä ja osin jopa vastakkaisia arvoja. Altaiden reunoilla kuukausianomaliat poikkesivat toisistaan jopa 8 astetta syystäyskierron aikaan. Syvemmissä kerroksissa lämpötila laski keskimäärin 0.2 - 0.4 astetta per vuosikymmen. Tutkimus havainnollisti, että Itämeri on muuttumassa nopeasti. Jotta kerrostuneisuus- ja virtausmuutoksista saataisiin varmistus, pitäisi tutkia suoraan tiheyden muutoksia lämpötilan ja suolaisuuden sijasta.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Gradu_Juva.pdf 24.58Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record