Transports and water masses in the Fram Strait and its vicinity from three decades of hydrographic observations in 1980-2010

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-697-889-8
Title: Transports and water masses in the Fram Strait and its vicinity from three decades of hydrographic observations in 1980-2010
Author: Marnela, Marika
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, atmospheric sciences
Finnish Institute of Marine Research, Finnish Meteorological Institute
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The Arctic Ocean and its exchanges with the Nordic Seas influence the north-European climate. The Fram Strait with its 2600 m sill depth is the only deep passage between the Arctic Ocean and the other oceans. Not just all the deep water exchanges between the Arctic Ocean and the rest of the world's oceans take place through the Fram Strait, but also a significant amount of cold, low-saline surface waters and sea ice exit the Arctic Ocean through the strait. Correspondingly, part of the warm and saline Atlantic water flowing northward enters the Arctic Ocean through the Fram Strait bringing heat into the Arctic Ocean. The oceanic exchanges through the Fram Strait as well as the water mass properties and the changes they undergo in the Fram Strait and its vicinity are studied from three decades of ship-based hydrographic observations collected from 1980-2010. The transports are estimated from geostrophic velocities. The main section, comprised of hydrographic stations, is located zonally at about 79 °N. For a few years of the observed period it is possible to combine the 79 °N section with a more northern section, or with a meridional section at the Greenwich meridian, to form quasi-closed boxes and to apply conservation constraints on them in order to estimate the transports through the Fram strait as well as the recirculation in the strait. In a similar way, zonal hydrographic sections in the Fram Strait and along 75 °N crossing the Greenland Sea are combined to study the exchanges between the Nordic Seas and the Fram Strait. The transport estimates are adjusted with drift estimates based on Argo floats in the Greenland Sea. The mean net volume transports through the Fram Strait are averaged from the various approaches and range from less than 1 Sv to about 3 Sv. The heat loss to the atmosphere from the quasi-closed boxes both north and south of the Fram Strait section is estimated at about 10 TW. The net freshwater transport through the Fram Strait is estimated at 60-70 mSv southward. The insufficiently known northward transport of Arctic Intermediate Water (AIW) originating in the Nordic Seas is estimated using 2002 Oden expedition data. At the time of data collection, excess sulphur hexafluoride (SF6) was available, a tracer that besides a background anthropogenic origin derives from a mixing experiment in the Greenland Sea in 1996. The excess SF6 can be used to distinguish AIW from the upper Polar Deep Water originating in the Arctic Ocean. It is estimated that 0.5 Sv of AIW enters the Arctic Ocean. The deep waters in the Nordic Seas and in the Arctic Ocean have become warmer and in the Greenland Sea also more saline during the three decades studied in this work. The temperature and salinity properties of the deep waters found in the Fram Strait from both Arctic Ocean and Greenland Sea origins have become similar and continue to do so. How these changes will affect the circulation patterns will be seen in the future.Pohjoinen jäämeri sekä sen vuorovaikutukset Luoteis-Euroopan merien kanssa vaikuttavat Pohjois-Euroopan ilmastoon. Framin salmi 2600 m kynnyssyvyydellään on Pohjoisen jäämeren ainoa syvä yhteys muihin maailman meriin. Syvien vesien vaihdon lisäksi Framin salmen kautta kulkeutuu Pohjoiselta jäämereltä Luoteis-Euroopan meriin huomattava määrä kylmää ja vähäsuolaista pintavettä sekä merijäätä. Framin salmen kautta virtaa myös osa pohjoiseen kulkeutuvasta lämpimästä ja suolaisesta Atlantin vedestä tuoden lämpöä Pohjoiselle jäämerelle. Tutkimuksessa tarkastellaan Framin salmen vedenvaihtoa ja Framin salmessa sekä sen läheisyydessä tavattavien vesimassojen ominaisuuksia ja vesimassoissa havaittuja muutoksia. Hydrografinen havaintoaineisto on kerätty laivoilta käsin kolmen vuosikymmenen aikana, vuosina 1980-2010. Kuljetukset arvioidaan laskettujen geostrofisten nopeuksien perusteella. Tutkimuksen tärkein hydrografisista luotausasemista muodostuva poikkileikkaus kulkee Framin salmen poikki noin pitkin 79° pohjoista leveyspiiriä. Muutamana vuonna havaintojakson aikana on mahdollista arvioida Framin salmen kuljetuksia ja Atlantin veden resirkulaatiota eli kiertämistä salmessa takaisin etelään yhdistämällä Framin salmen poikkileikkaus pohjoisemman itä-länsisuuntaisen poikkileikkauksen tai Greenwichin meridiaania pitkin kulkevan poikkileikkauksen kanssa ja vaatimalla tasapaino poikkileikkausten välisille kuljetuksille. Samoin tutkimuksessa arvioidaan kuljetuksia Framin salmen ja Luoteis-Euroopan merien välillä yhdistämällä hydrografinen poikkileikkaus Framin salmessa toiseen, pitkin 75 ° pohjoista leveyspiiriä kulkevaan ja Grönlanninmeren ylittävään poikkileikkaukseen. Kuljetusarviota muokataan Grönlanninmerellä ajelehtivien Argo-poijujen liikkeen perusteella. Tutkimuksessa käytettävillä menetelmillä arvioidaan Framin salmen nettotilavuuskuljetusten olevan keskimäärin alle yhdestä Sv noin kolmeen Sv etelään. Tutkimuksessa arvioidaan, että lämmön menetys ilmakehään kahden poikkileikkauksen väliseltä alueelta sekä pohjoiseen että etelään Framin salmesta on noin 10 TW. Makean veden nettokuljetuksen Framin salmen kautta arvioidaan olevan 60-70 mSv etelään. Luoteis-Euroopan merillä muodostuvan Arktisen keskisyvän vesimassan (AIW) kuljetus pohjoiseen tunnetaan huonosti. Tutkimuksessa AIW voidaan erottaa vuoden 2002 havaintoaineistosta Pohjoisella jäämerellä muodostuvasta keskisyvästä vesimassasta hyödyntäen vuoden 1996 Grönlanninmeren sekoittumiskokeesta peräisin olevaa rikkiheksafluoridia. Tutkimuksessa arvioidaan, että 0.5 Sv AIW:ta kulkeutuu Pohjoiselle jäämerelle. Syvät vedet ovat lämmenneet sekä Pohjoiella jäämerellä että Luoteis-Euroopan merillä ja Grönlanninmerellä myös suolaistuneet tutkimuksessa havainnoidun kolmen vuosikymmenen aikana. Framin salmessa tavataan sekä jäämereltä että Grönlanninmereltä peräisin olevia syviä vesiä. Niiden ominaisuudet (lämpötila ja suolaisuus) ovat samankaltaistuneet ja samankaltaistuvat edelleen. Havaittujen muutosten vaikutukset merien kiertoliikkeeseen selviävät tulevaisuudessa.
URI: URN:ISBN:978-951-697-889-8
http://hdl.handle.net/10138/166181
Date: 2016-09-30
Subject: fysikaalinen meritiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
transpor.pdf 2.447Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record