Observed Changes in the Hydrography of the Arctic Ocean

Näytä kaikki kuvailutiedot



Pysyväisosoite

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202003241602
Julkaisun nimi: Observed Changes in the Hydrography of the Arctic Ocean
Tekijä: Rautiainen, Laura
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Julkaisija: Helsingin yliopisto
Päiväys: 2020
Kieli: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202003241602
http://hdl.handle.net/10138/313591
Opinnäytteen taso: pro gradu -tutkielmat
Koulutusohjelma: Ilmakehätieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Atmospheric Sciences
Magisterprogrammet i atmosfärsvetenskaper
Opintosuunta: Hydrosfäärin geofysiikka
Geophysics of the Hydrosphere
Hydrosfärens geofysik
Oppiaine: none
Tiivistelmä: Merten uusanalyysituotteista (ORA) saadaan tärkeää tietoa maailman merien tilasta. ORA:t eroavat toisistaan niiden erilaisten aineistolähteiden, merimallien, ilmastopakotteiden ja assimilaatiomenetelmien vuoksi. Näistä eroavaisuuksista huolimatta, parvi-menetelmää hyödyntämällä voidaan saavuttaa todenmukaisia merten keskitiloja. Voisiko merien uusanalyysituotteita hyödyntää myös muutosten tutkimisessa alueilla, joissa mittaukset ovat harvassa? Tässä tutkielmassa tulkitaankin muutoksia Pohjoisen Jäämeren hydrografiassa merten uusanalyysituotteiden avulla. Tutkielmaa varten valittiin yksitoista merten uusanalyysituotetta: TOPAZ4, C-GLORS025v5, ECDA3, GECCO2, GLORYS2v4, GloSea5-GO5, MOVE-G2i, ORAP5, SODA3.3.1, UR025.4 ja ORAS5. EDCA3:a lukuunottamatta niistä muodostettiin monimalli-parvi (MMM). Data jaettiin syvyyden perusteella kerroksiin joiden keskiarvoistettua lämpötilaa ja suolaisuutta hyödynnettiin altaiden keskiarvoistettujen poikkeama-aikasarjojen ja trendien laskennassa. Poikkeama-aikasarjoja ja trendejä käytettiin muutostulkintaan tutkimusaikajakson aikana. Trendit laskettiin myös jokaista hilaa kohden, jotta ajallisten muutoksien lisäksi myös paikallisia muutoksia voitiin tutkia. Tuloksia vertailtiin havaintotuotteen EN4.2.0.g10 kanssa ja tilastollisia menetelmiä hyödynnettiin MMM-tuotteen tulkitsemisessa, jotta alueellisia heikkouksia ja vahvuuksia voitiin tunnistaa. Euraasian altaan lämpötila ja suolaisuus kasvoi jokaisessa syvyyskerroksessa (maksimissaan 0.3◦C vuosikymmen −1 ), lukuunottamatta paikallista viilenemistä 0–100 m syvyyskerroksessa altaan länsipuolella, Framinsalmen kohdalla (-0.2 ◦ C vuosikymmen −1 ). Tämä johtunee pintakerroksen (0–100 m) lisääntyneestä lämpömäärästä sekä Atlantin veden suolaisuuden ja lämpömäärän kasvamisesta. Samanaikaisesti merijään ulosvirtaus Framinsalmen kautta on kiihtynyt. Ameraasian altaassa suolaisuus taas on kauttaaltaan vähentynyt keskittyen Beaufortin pyörteeseen johtuen antisyklonaalisista tuulipakotteesta ja kasvaneesta makean veden virtauksesta Beaufortinmerelle. Ameraasian allas myös lämpeni 300–700 m syvyyskerroksessa ja viileni 100–300 m syvyyskerroksessa Tŝuktŝimerestä hieman pohjoiseen. Yksittäisten uusanalyysituotteiden erot tasottuivat hyvin parvi-meneltelmän avulla, mutta osa kirjallisuudessa havaituista muutoksista jäi uupumaan MMM-tuotteesta suurista eroista johtuen. Mittauksia ja mallinnusta tulisi kehittää erityisesti Framinsalmella ja Beaufortinmerellä. Lisäksi syvien merien mallinnuksessa, assimilaatiomenetelmissä ja mittauksissa tarvitaan kehitystä, jotta syvien merien muutoksia voitaisiin tulkita. Näiden kehitysten myötä MMM-tuotteesta tulee erittäin potentiaalinen meneltelmä Pohjoisen Jäämeren tutkimuksissa.Ocean reanalysis products (ORAs) can provide information on the state of the ocean. Although the different data sources, model configurations, forcing choices and assimilation methods cause the ORAs to deviate from each other, the ensemble approach has been previously found to produce realistic mean states. This raises the question if ORAs could be used for studying temporal and spatial changes in the Arctic Ocean, where measurements are generally sparse. Such study has not been previously published. In this thesis, the changes in the hydrography of the Arctic Ocean are examined over the previous decades based on selected ORAs. Eleven ORAs, TOPAZ4, C-GLORS025v5, ECDA3, GECCO2, GLORYS2v4, GloSea5-GO5, MOVE-G2i, ORAP5, SODA3.3.1, UR025.4 and ORAS5, were chosen for this study due to their overlap over 1993–2010 and the multimodel ensemble (MMM) was formulated based on the products, excluding ECDA3. The data were divided into depth layers and layer-average salinities and temperatures were used to calculate basin-average anomaly time series and trends to study the observed temporal changes. Per-grid trends were also produced to study both spatial and temporal changes in more detail. To assess their reliability, trends from the MMM and individual ORAs were compared to an observational product, EN4.2.0.g10 and the variability in the products and the MMM was assessed using statistical measures. The Eurasian Basin was found to be warming across all layers (up to 0.3 ◦ C decade −1 ) accompanied by salinification, except for localised cooling in the top 100 meters in the western basin, near the Fram Strait (-0.2 ◦ C decade −1 ). This indicates additional heat uptake by the surface 0–100 meters and also increasing heat and salinity content of the AW inflow, while the transport of sea ice out of the AO has increased. The Amerasian Basin, on the other hand, showed a strong freshening trend culminating at the Beaufort Gyre. This is most likely due to the anticyclonic wind forcing and increasing freshwater inflow to the Beaufort Sea. The Amerasian Basin also showed a warming trend in the 300–700 m layers but a cooling trend in the 100–300 m layer north of the Chukchi Sea. The ensemble approach worked well in dampening the extremities of singular ORAs, but some trends observed in the literature were missed due to disagreements between ORAs, especially in the Fram Strait and Beaufort Sea, which suggest that further improvements in both models and measurements are needed in those areas. Furthermore, improvements in deep ocean observations, how models handle the deeper ocean and assimilation methods are needed in order to study trends in the deeper depths in the AO. All in all, as the improvements come, the ORA MMM shows great potential for studies in the AO.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Rautiainen_Laura_Pro_gradu_2020.pdf 8.500MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot