Karışık katman - Mixed layer

Yılın farklı ayları ile ilişki ile birlikte sıcaklığa karşı Karışık Katmanın Derinliği
Sıcaklıkla ilişkisi ile birlikte yılın ayına karşı Karışık Katmanın Derinliği

Okyanus veya limnolojik karışık katman , aktif türbülansın bazı derinlik aralıklarını homojenleştirdiği bir katmandır. Yüzey karışık katman, bu türbülansın rüzgarlar, yüzey ısı akışları veya buharlaşma veya deniz buzu oluşumu gibi tuzlulukta artışa neden olan süreçler tarafından oluşturulduğu bir katmandır. Atmosferik karışık katman , neredeyse sabit potansiyel sıcaklığa ve yükseklikle birlikte özgül neme sahip bir bölgedir . Atmosferik karışık tabakanın derinliği, karışım yüksekliği olarak bilinir . Türbülans tipik olarak sıvı karışık katmanların oluşumunda rol oynar .

Okyanusal karışık katman

Karışık katmanın önemi

Karışık katman, fiziksel iklimde önemli bir rol oynar. Çünkü belirli ısı okyanus su hava çok daha büyük olan, okyanus üst 2,5 m yukarıda tüm atmosferi kadar ısı olarak tutar. Bu nedenle, 2.5 m'lik karışık bir tabakayı 1 °C'ye değiştirmek için gereken ısı, atmosferin sıcaklığını 10 °C yükseltmek için yeterli olacaktır. Karışık tabakanın derinliği bu nedenle okyanus ve kıyı bölgelerindeki sıcaklık aralığını belirlemek için çok önemlidir. Ek olarak, okyanusal karışık katman içinde depolanan ısı, El Niño gibi küresel değişkenliği yönlendiren bir ısı kaynağı sağlar .

Karışık katman, derinliği deniz organizmaları tarafından görülen ortalama ışık seviyesini belirlediğinden de önemlidir. Çok derin karışık katmanlarda, fitoplankton olarak bilinen minik deniz bitkileri , metabolizmalarını sürdürmek için yeterli ışık alamazlar. Bu nedenle, Kuzey Atlantik'te kışın karışık tabakanın derinleşmesi, yüzey klorofil a'da güçlü bir azalma ile ilişkilidir. Bununla birlikte, bu derin karıştırma aynı zamanda yüzeye yakın besin stoklarını da yeniler. Bu nedenle, ilkbaharda karışık katman sığ hale geldiğinde ve ışık seviyeleri arttığında, genellikle "bahar çiçeği" olarak bilinen fitoplankton biyokütlesinde bir artış olur.

Okyanusal karışık tabaka oluşumu

Açık okyanus karışık katmanında türbülanslı karışımı sağlamak için üç ana enerji kaynağı vardır. Birincisi, iki şekilde hareket eden okyanus dalgalarıdır. Birincisi, okyanus yüzeyinin yakınında, hafif suyu aşağı doğru karıştıran türbülans oluşumudur. Bu süreç, üst birkaç metreye büyük miktarda enerji enjekte etmesine rağmen, çoğu nispeten hızlı bir şekilde dağılır. Okyanus akıntıları derinlikle değişiyorsa, dalgalar onlarla etkileşime girerek Langmuir sirkülasyonu olarak bilinen , onlarca metre derinliğe kadar inen büyük girdaplar olarak bilinen süreci sürdürebilir . İkincisi, hız kesmelerinin olduğu katmanları oluşturan rüzgarla çalışan akımlardır. Bu makaslar yeterli büyüklüğe ulaştığında, tabakalı sıvıyı yiyebilirler. Bu süreç genellikle Kelvin-Helmholtz kararsızlığının bir örneği olarak tanımlanır ve modellenir , ancak diğer süreçler de rol oynayabilir. Son olarak, eğer soğutma, donan deniz buzundan tuzlu su eklenmesi veya yüzeydeki buharlaşma yüzey yoğunluğunun artmasına neden oluyorsa, konveksiyon meydana gelecektir. En derin karışık katmanlar ( Labrador Denizi gibi bölgelerde 2000 m'yi aşan ), Rayleigh-Taylor kararsızlığının bir biçimi olan bu son işlemle oluşur . Mellor ve Durbin'inkiler gibi karma katmanın ilk modelleri, son iki işlemi içeriyordu. Kıyı bölgelerinde gelgitlerden kaynaklanan yüksek hızlar da karışık tabakanın oluşumunda önemli bir rol oynayabilir.

Karışık tabaka, tabaka boyunca sıcaklık ve tuzluluk gibi özelliklerde hemen hemen üniform olmasıyla karakterize edilir. Ancak hızlar, karışık katman içinde önemli kaymalar sergileyebilir. Karışık tabakanın alt kısmı , su özelliklerinin değiştiği bir gradyan ile karakterize edilir . Oşinograflar , suyun fiziksel özelliklerinin ölçümlerini yapmaya dayalı olarak, herhangi bir zamanda karışık katman derinliği olarak kullanılacak sayının çeşitli tanımlarını kullanırlar. Çoğu zaman, karışık tabakanın altını işaretlemek için termoklin adı verilen ani bir sıcaklık değişikliği meydana gelir; bazen haloklin adı verilen ani bir tuzluluk değişikliği de meydana gelebilir . Sıcaklık ve tuzluluk değişikliklerinin birleşik etkisi, ani bir yoğunluk değişikliği veya piknoklin ile sonuçlanır . Ek olarak, besinlerdeki (nutriklin) ve oksijendeki (oksiklin) keskin gradyanlar ve klorofil konsantrasyonundaki bir maksimum genellikle mevsimsel karışık tabakanın tabanı ile birlikte bulunur.

Okyanusal karışık katman derinliği tayini

Boreal kış (üst görüntü) ve boreal yaz (alt görüntü) için karışık katman derinliği klimatolojisi.

Karışık tabakanın derinliği genellikle hidrografi ile belirlenir - su özelliklerinin ölçümleri yapılır. Karışık katman derinliğini belirlemek için sıklıkla kullanılan iki kriter , sıcaklık ve bir referans değerinden (genellikle yüzey ölçümü) sigma- t (yoğunluk) değişikliğidir. Levitus'ta (1982) kullanılan sıcaklık kriteri, karışık tabakayı, yüzey sıcaklığından sıcaklık değişiminin 0,5 °C olduğu derinlik olarak tanımlar. Sigma- t Levitus kullanılan (yoğunluk) kriteri yüzeyin, Sigma bir değişim derinliğe kullanan t 0.125 oluştu. Hiçbir kriter, aktif karışımın her zaman karışık katman derinliğinde meydana geldiği anlamına gelmez. Bunun yerine, hidrografiden tahmin edilen karışık tabaka derinliği, karışımın birkaç hafta boyunca meydana geldiği derinliğin bir ölçüsüdür.

Bir Argo profili için 31 Ocak 2002'de tropikal Hint Okyanusu'nda çekilmiş bir bariyer tabakası kalınlığı örneği. Kırmızı çizgi yoğunluk profili, siyah çizgi sıcaklık ve mavi çizgi tuzluluktur. Bir karışık katman derinliği, D T-02 , yüzey sıcaklığının 0,2°C (siyah kesikli çizgi) kadar soğuduğu derinlik olarak tanımlanır. Yoğunluk tanımlı karışık katman, D sigma , 40 m'dir (kırmızı kesikli çizgi) ve yüzey yoğunluğu artı 0,2°C'lik sıcaklık artışının getirdiği yoğunluk farkı olarak tanımlanır. D sigmanın üzerinde su hem izotermal hem de izohalindir. D T-02 eksi D sigma arasındaki fark bariyer katman kalınlığıdır (şekildeki mavi oklar) [1] .

Bariyer tabakası kalınlığı

Bariyer tabakası kalınlığı (BLT), iyi karışmış yüzey tabakasını termokline göre ayıran bir su tabakasıdır . Daha kesin bir tanım , sıcaklıktan hesaplanan karışık katman derinliği (MLD) eksi yoğunluk kullanılarak hesaplanan karışık katman derinliği arasındaki fark olacaktır . Bariyer katmanı olarak bu farklılığa ilk referans, Batı Ekvator Pasifik Okyanusu Dolaşım Çalışmasının bir parçası olarak Batı Pasifik'teki gözlemleri açıklayan bir makalede yapıldı. Bariyer tabakasının bulunduğu bölgelerde , su kolonunun üzerinde oturan taze (yani daha fazla yüzen) bir su kütlesi ile ilişkili güçlü kaldırma kuvveti nedeniyle tabakalaşma stabildir .

Geçmişte, MLD için tipik bir kriter, yüzey değerlerinden sıcaklıktaki bir miktar değişiklikle yüzey sıcaklığının soğuduğu derinlikti. Örneğin, Levitus 0,5 °C kullanmıştır. Sağdaki örnekte, MLD'yi tanımlamak için 0,2 °C kullanılmıştır (yani Şekilde D T-02 ). Argo'dan temin edilebilen bol miktarda yeraltı tuzluluğundan önce , bu okyanus MLD'sini hesaplamak için ana metodolojiydi. Daha yakın zamanlarda, MLD'yi tanımlamak için bir yoğunluk kriteri kullanılmıştır. Yoğunluktan türetilen MLD, sabit yüzey tuzluluk değerini korurken, yüzey değerinden belirli bir değerde (örneğin 0,2 °C) öngörülen bir sıcaklık düşüşü nedeniyle yoğunluğun yüzey değerinden arttığı derinlik olarak tanımlanır. (yani D T-02 - D sigma ).

BLT rejimleri

BLT'nin büyük değerleri tipik olarak ekvator bölgelerinde bulunur ve 50 m'ye kadar çıkabilir. Bariyer tabakasının üzerinde, iyi karışmış tabaka, buharlaşmayı aşan yerel yağıştan (örneğin batı Pasifik'te), musonla ilgili nehir akışından (örneğin kuzey Hint Okyanusu'nda) veya subtropiklerde dalan tuzlu suyun adveksiyonundan kaynaklanabilir (burada bulunur). tüm subtropikal okyanus girdapları ). Subtropiklerde bariyer tabakası oluşumu, karışık tabaka derinliğindeki mevsimsel değişiklik, deniz yüzeyi tuzluluğunda (SSS) normalden daha keskin bir gradyan ve bu SSS cephesinde dalma ile ilişkilidir. Özellikle, bariyer tabakası, kış mevsiminde subtropikal tuzluluk maksimumunun ekvator kanadında oluşur. Kışın başlarında, atmosfer yüzeyi soğutur ve kuvvetli rüzgar ve negatif kaldırma kuvveti, sıcaklığı derin bir katmana karıştırır. Aynı zamanda, tropik bölgelerdeki yağışlı bölgelerden taze yüzey tuzluluğu tavsiye edilir. Tuzluluktaki güçlü tabakalaşma ile birlikte derin sıcaklık tabakası, bariyer tabakası oluşumu için koşulları sağlar.

Batı Pasifik için bariyer tabakası oluşum mekanizması farklıdır. Ekvator boyunca, ılık havuzun doğu kenarı (tipik olarak 28 °C izoterm - batı Pasifik'teki SST grafiğine bakınız ), batıya doğru ılık tatlı su ile Orta Pasifik'teki soğuk, tuzlu, yükselen su arasında bir sınır bölgesidir . Yerel yakınsama nedeniyle tuzlu su doğudan ılık havuza doğru çekildiğinde (yani daha yoğun bir su kütlesi diğerinin altına hareket ettiğinde) izotermal katmanda bir bariyer tabakası oluşur veya ılık tatlı su doğuya doğru daha yoğun suya baskın gelir. Burada, zayıf rüzgarlar, yoğun yağış, düşük tuzlu suların doğuya doğru adveksiyonu, tuzlu suyun batıya doğru yitimi ve aşağı doğru inen ekvatoral Kelvin veya Rossby dalgaları , derin BLT oluşumuna katkıda bulunan faktörlerdir.

BLT'nin Önemi

El Nino'dan önce , sıcak havuz ısıyı depolar ve uzak batı Pasifik ile sınırlıdır. El Nino sırasında, ılık havuz, beraberindeki yağış ve mevcut anomalilerle birlikte doğuya doğru hareket eder. Getirme olayı takviye, bu süre içinde artar Westerlies arasında. Batı Pasifik'teki fırsat gemisi ve Tropikal Atmosfer - Okyanus (TAO) demirlemelerinden elde edilen veriler kullanılarak, sıcak havuzun doğu ve batı göçü, deniz yüzeyi tuzluluğu (SSS), deniz yüzeyi sıcaklığı (SST) kullanılarak 1992-2000 yılları arasında izlendi. , çeşitli araştırma gezilerinde alınan İletkenlik, sıcaklık ve derinlikten elde edilen akıntılar ve yüzey altı verileri . Bu çalışma, batıya doğru akış sırasında, ekvator boyunca Batı Pasifik'teki BLT'nin (138 o E-145 o D, 2 o N-2 o S) 18 m - 35 m arasında olduğunu ve sıcak SST'ye karşılık geldiğini ve verimli bir şekilde hizmet ettiğini göstermiştir. ısı depolama mekanizması. Bariyer tabakası oluşumu, ılık havuzu tanımlayan tuzluluk cephesinin doğu kenarına yakın ekvator boyunca batıya doğru (yani yakınlaşan ve dalan) akıntılar tarafından yönlendirilir . Bu batıya doğru akımlar, aşağı doğru kayan Rossby dalgaları tarafından yönlendirilir ve Rossby dalga dinamiği nedeniyle ya BLT'nin batıya doğru bir ilerlemesini ya da daha derin termoklinin daha sığ halokline karşı tercihli bir derinleşmesini temsil eder (yani bu dalgalar, üst su sütununun dikey gerilmesini destekler). El Nino sırasında, batıdan esen rüzgarlar ılık havuzu doğuya doğru hareket ettirir ve tatlı suyun doğuya doğru yerel daha soğuk/tuzlu/yoğun suların üzerine binmesine izin verir. Birleştirilmiş, atmosferik/okyanus modelleri kullanılarak ve El Nino'dan bir yıl önce BLT'yi ortadan kaldırmak için karışımın ayarlanması, bariyer katmanıyla ilişkili ısı birikiminin büyük El Nino için bir gereklilik olduğu gösterildi. Batı Pasifik'te SSS ve SST arasında sıkı bir ilişki olduğu ve bariyer tabakasının tuzluluk tabakalı tabaka içindeki sıcak havuzda ısı ve momentumun korunmasında etkili olduğu gösterilmiştir. Argo serserileri de dahil olmak üzere daha sonraki çalışmalar, El Nino sırasında ılık havuzun doğuya doğru göçü ile batı Pasifik'teki bariyer tabakası ısı depolaması arasındaki ilişkiyi doğruladı. Bariyer katmanının ana etkisi, gelişmiş bir hava-deniz bağlantılı tepkiye izin veren sığ bir karışık katman sağlamaktır. Ek olarak, BLT, El Nino/ La Niña sırasında bozulan ortalama durumu belirlemede kilit faktördür.

Limnolojik karışık tabaka oluşumu

Bir gölde karışık bir tabakanın oluşumu okyanustakine benzer, ancak sadece suyun moleküler özelliklerinden dolayı göllerde karışmanın meydana gelmesi daha olasıdır . Su sıcaklığı değiştirdikçe yoğunluğu da değiştirir. Göllerde, tatlı suyun en ağır olduğu 3,98 °C'de (santigrat derece) sıcaklık yapısı karmaşıktır. Böylece yüzeyin çok soğuduğu göllerde, ilkbaharda yüzey ısındıkça ve sonbaharda yüzey soğudukça karışık tabaka kısaca dibe kadar uzanır. Bu devrilme, genellikle çok derin göllerin oksijenlenmesini sağlamak için önemlidir.

Limnoloji çalışması, içinde tuzlu su kütleleri de dahil olmak üzere tüm iç su kütlelerini kapsar. Tuzlu göllerde ve denizlerde (Hazar Denizi gibi), karışık tabaka oluşumu genellikle okyanusa benzer şekilde davranır.

Atmosferik karışık tabaka oluşumu

Atmosferik karışık katman , tipik olarak yüzeydeki havanın ısındığı ve yükseldiği gün ortasına doğru görülen konvektif hava hareketlerinden kaynaklanır. Bu nedenle Rayleigh-Taylor kararsızlığı ile karıştırılır . Karışık katman derinliğini belirlemek için standart prosedür, potansiyel sıcaklık profilini incelemektir, havanın, ısı kazanmadan veya kaybetmeden yüzeyde bulunan basınca getirildiğinde sahip olacağı sıcaklık. Böyle bir basınç artışı havanın sıkıştırılmasını gerektirdiğinden, potansiyel sıcaklık yerinde sıcaklıktan daha yüksektir ve atmosferde yükseldikçe fark artar. Atmosferik karışık katman, (yaklaşık olarak) sabit potansiyel sıcaklığa sahip bir katman veya bulutsuz olması koşuluyla sıcaklığın yaklaşık 10 °C/km hızla düştüğü bir katman olarak tanımlanır. Bununla birlikte, böyle bir tabaka nemde gradyanlara sahip olabilir. Okyanus karışık katmanında olduğu gibi, atmosferik karışık katman boyunca hızlar sabit olmayacaktır.

Referanslar

  • Mellor, GL; Durbin, PA (1975). "Okyanus yüzeyi karışık katmanının yapısı ve dinamikleri" . Fiziksel Oşinografi Dergisi . 5 (4): 718–728. Bibcode : 1975JPO.....5..718M . doi : 10.1175/1520-0485(1975)005<0718:TSADOT>2.0.CO;2 .

Dış bağlantılar

  • Atmosferik karışık katmandaki bulutları gösteren SeaWiFS uydusundan bir NASA görüntüsüne bağlantı için göl etkisi karı .
  • Güncel okyanus Karma Katman Derinliği Klimatolojisine, verilere, haritalara ve bağlantılara erişim için Yönlendirme'deki Ifremer/Los Karışık Katman Derinliği Klimatolojisi web sitesine bakın .

daha fazla okuma

  • Wallace, John Michael; Hobbs, Peter Victor (2006). Atmosfer Bilimi: Giriş Anketi (2. baskı). Akademik Basın. s. 483. ISBN'si 9780127329512.