تغييرات زماني خصوصيات لايه آميخته در خليج فرانكلين واقع در اقيانوس منجمد شمالي،در فاصله پاييز 2003 تا بهار 2004

Monthly Variations of the Mixed Layer Properties in the Franklin Bay in the Arctic Ocean, between Fall 2003 and Spring 2004

پيشينه و اهداف: اقيانوس‌هاي منجمد شمالي و جنوبي در چرخه ترموهالاين و تعادل گرمايي كره زمين نقش به‌سزايي بازي مي‌كنند. به دليل نقش بسيار مهم پوشش يخ‌هاي قطبي و كاهش قابل توجه يخ‌ها در دو اقيانوس منجمد شمالي و جنوبي، اثرات ناشي از تغيير اقليم و گرمايش جهاني با شدت بيشتري در اين مناطق ديده مي‌شود. كاهش ضخامت و فشردگي يخ‌ها باعث قرار گرفتن سطح آب در معرض نور مستقيم خورشيد شده و دماي سطح آب را افزايش داده است. اين افزايش خود باعث تشديد روند ذوب يخ‌هاي قطبي در سال‌هاي اخير شده است. اقيانوس خالي از يخ در معرض مستقيم باد و طوفان‌هاي رايج قطبي قرار گرفته و نه تنها ستون آب را دچار تغييرات شديدي كرده است بلكه منجر به تشديد هرچه بيشتر ذوب يخ‌هاي سطحي شده است. از طرفي از آنجا كه لايه سطحي اقيانوسي رابط ميان جو و بخش عميق اقيانوس است، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين مطالعه تغييرات ماهيانه عمق لايه آميخته در خليج فرانكلين واقع در اقيانوس منجمد شمالي مورد بررسي قرار گرفته است. روش‌ها‌: داده‌هاي استفاده شده در تحقيق حاضر بخشي از داده‌هاي به دست آمده در جريان گشت تحقيقاتي بين‌المللي CASES كه در فاصله زماني سپتامبر 2003 تا اوت 2004 به منظور بررسي تبعات اكولوژيك ناشي از تغييرات پوشش سطحي يخ انجام شد، هستند. داده‌هاي استفاده شده در اين تحقيق شامل اندازه‌گيري‌هاي دو بار در روز در ايستگاهي ثابت در خليج فرانكلين از اواخر دسامبر تا اوايل ماه ژوئن مي‌باشند. در اين مطالعه عمق لايه آميخته بر پايه چگالي با استفاده از روش آستانه و با مقادير آستانه 0/05، 0/2، 0/4 و 1 3-kg.m تخمين زده شده‌اند. به منظور سنجش ميزان نزديكي عمق‌هاي تخمين زده شده با عمق‌هاي درست، با استفاده از شاخص‌هاي آماري اين دو عمق با يكديگر مقايسه شدند. پس از انتخاب بهترين مقدار آستانه بر اساس شاخص‌هاي آماري، خصوصيات لايه آميخته اعم از دما، شوري، چگالي و عمق آن به صورت ماهانه و فصلي مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج تحقيق نشان داد براي تخمين عمق لايه آميخته در منطقه مورد مطالعه مناسب‌ترين مقدار آستانه 0/4 3-kg.m است. يافته‌‌ها نشان داد در خليج فرانكلين عمق لايه آميخته و خصوصيات آن، ماهانه به سرعت تغيير مي‌كند كه اين تغييرات تحت تاثير تغييرات جوي و شدت و جهت باد است. عمق لايه آميخته از آغاز اندازه‌گيري‌‌ها شروع به افزايش كرده تا در ماه آوريل به بيشينه مقدار خود رسيد و پس از آن كاهش يافت. از طرفي دما، شوري و چگالي لايه آميخته نيز از اواخر پاييز به ترتيب شروع به كاهش، افزايش و افزايش كرد و پس از رسيدن به كمينه، بيشينه و بيشينه مقدار خود در ماه آوريل، شروع به افزايش، كاهش و كاهش كرد. دماي لايه آميخته در فصول مختلف در زمستان و بهار نزديك به نقطه انجماد و در فصل بهار سردتر از زمستان بود. دامنه تغييرات شوري در فصل زمستان نسبت به فصل بهار بالاتر و در كل شوري در فصل بهار بالاتر از زمستان بود. علاوه بر اين بررسي شدت و جهت باد در اين منطقه نشان داد، وزش بادهاي غالب شرقي در فاصله زماني 1‌2 تا 20 دسامبر 2003 باعث وقوع فراجوشي در لبه يخ‌هاي چسبيده به ساحل در خليج فرانكلين شده است. پديده فراجوشي باعث بالا آمدن آب‌هاي نسبتاً گرم و شور به سطح آب شده و لايه آميخته در اين بازه زماني از بين رفت. نتيجه‌گيري: در منطقه مورد مطالعه عمق لايه آميخته اقيانوسي به عوامل مختلفي از جمله دماي هوا، ذوب و شكل‌گيري يخ، شدت و جهت وزش باد و همچنين فرآيندهاي اقيانوسي از جمله فراجوشي بستگي دارد. با سرد شدن هوا يخ شروع به شكل‌گيري كرده و پديده انجماد نيز باعث پس زدگي يخ از آب مي‌شود. افزايش شوري در سطح آب نيز باعث افزايش چگالي لايه سطحي و همرفت در سراسر فصل سرما و همچنين افزايش عمق لايه آميخته مي‌شود. پس از اينكه عمق لايه آميخته در اوايل آوريل به بيشينه مقدار خود مي‌رسد، گرم شدن هوا باعث ذوب يخ مي‌شود. ذوب يخ منجر به افزايش آب شيرين در سطح و به دنبال آن افزايش لايه بندي سطح آب شده و عمق لايه آميخته كاهش مي‌يابد.

Background and Objectives: The Arctic and Antarctic play very important role in the thermohaline circulation and Earth’s thermal balance. Due to the very important role of polar sea ice and the significant reduction of ice in these two oceans, climate changes’ effects and global warming are more pronounced in these areas. Reducing the sea ice thickness and increasing its transparency, exposes ocean water to sunlight and leads to an increase in water surface temperature which has intensified melting of polar sea ice in recent years. The ice-free ocean has been exposed to direct winds and common polar storms, not only drastically changing the water column, but also intensifying the melting of surface ice. On the other hand, because the ocean surface layer is the interface layer between the atmosphere and the deep part of the ocean, it is of special importance. In this study, monthly variations of the mixed layer depth and its physical properties in Franklin Bay in the Arctic Ocean are investigated. Methods: The data used in the present study are part of the data obtained during the CASES international program conducted between September 2003 and August 2004 in order to investigate the ecological consequences affected by the landfast ice variation due to the climate change. The data used in this study were sampled twice a day at a fixed station in Franklin Bay between late December to early June. In this study, the mixed layer depth is estimated based on the density profile using the threshold method with threshold values of 0.05, 0.2, 0.4 and 1 kg.m-3. In order to assess the most appropriate threshold value the estimated depths were compared with visual mixed layer depths using a number of statistical indicators. Thereafter, monthly and seasonal variations of the mixed layer characteristics including temperature, salinity, density and depth were investigated. Findings: The results showed that in the study area the most appropriate threshold value for estimating the mixed layer depth is 0.4 kg.m-3. The findings also showed that in Franklin Bay, the mixed layer depth and its characteristics have monthly and seasonally variations. These variations are impacted by meteorological variations such as the temperature and wind intensity and direction. The mixed layer depth started to increase from the beginning of the observation until it reached its maximum value in April and thereafter decreased. On the other hand, the temperature, salinity and density of the mixed layer started to decrease, increase and increase, respectively, from the end of autumn, and after reaching its minimum, maximum and maximum value in April, it started to increase, decrease and decrease. The temperature of the mixed layer during the winter and spring was close to freezing point and in spring it was colder than the winter. The salinity range during the winter was larger than that during the spring and in general, salinity in spring was higher than that in the winter. In addition, observing the wind intensity and direction showed that the prevailing easterly winds between 12 and 20 December 2003 leads to an ice edge upwelling in the Franklin Bay. Upwelling brought relatively warm and salty waters to the surface and the mixed layer was totally destroyed during this period. Conclusion: Oceanic mixed layer depth is affected by various parameters such as air temperature, ice freezing/melting, intensity and direction of the wind, as well as other oceanic processes such as upwelling. As the air temperature gradually decreases salt rejection due to the ice formation starts. Increasing salinity at the water surface leads to the increased surface layer density which brings convection throughout the cold season, as well as increasing the mixed layer depth. The mixed layer depth reached its maximum in early April, then started to reduce with higher temperature which causes ice to melt. Ice melting results in an increase in surface fresh water that making surface water stratified which leads to decrease the mixed layer depth.