Fra dybt vand til overfladen:Sammenhængen mellem klima, opstrømning og marine økosystemer

Opwelling er en proces, hvor dyb, koldt vand stiger op mod overfladen. Typisk, vand, der stiger til overfladen som følge af opstrømning, er koldere og rig på næringsstoffer. Dette er grunden til, at økosystemer i kystnære opstrømninger er nogle af de mest produktive økosystemer i verden og understøtter mange af verdens vigtigste fiskerier.

For eksempel, Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS), såsom California Current System (CalCS), Canary Current System (CanCS), Humboldt Current System (HCS), og Benguela Current System (BenCS), er blandt de mest produktive marine økosystemer, leverer op til 20 % af de globale fiskefangster, selvom de kun dækker cirka 1 % af det samlede hav. Overflade langs kysten, fremtvinge offshore vandtransport og divergensen af ​​overfladestrømmen, derved løftes næringsrigt dybt vand ind i det eufotiske lag. Det næringsrige opstrømmende vand, ud over sollys, opretholder opblomstringen af ​​fytoplankton, der er grundlaget for det akvatiske fødenet.

Forståelse af drivkræfterne og overvågning af ændringer på tværs af EBUS bliver stadig vigtigere:mange undersøgelser har faktisk dokumenteret tendenser og ændringer i dekadisk skala i EBUS økosystemstrukturen. Kystopvarmning øger vandets lagdeling, og det kan begrænse effektiviteten af ​​opstrømning for at bringe næringsrigt dybt vand op til overfladen. Forøgelse eller formindskelse af de opstrømningsgunstige vinde kan også afbøde eller forstærke effekten af ​​kystnær opvarmning. Kystbølger kan også påvirke vandsøjlens lagdeling, der modulerer kystnære biogeokemiske forhold og udløser vertikale forskydninger af termoklinen, som kontrollerer underjordiske anomalier (f.eks. saltholdighed), og dermed indvirkningen på EBUS-produktiviteten.

I øvrigt, vi er nødt til at nævne indflydelsen fra de vigtigste storskala ocean-atmosfære processer:El Nino Southern Oscillation (ENSO), Pacific Decadal Oscillation (PDO), North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), den nordatlantiske oscillation (NAO), Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) ser ud til at spille en rolle i at kontrollere opwellingsvariabiliteten.

En undersøgelse offentliggjort i Nature Videnskabelige rapporter var rettet mod at forstå den sammenhængende og ikke-kohærente lavfrekvente variabilitet på tværs af EBUS, og at udforske, hvordan det er forbundet med storskala klimatilstande med det formål at modellere og studere den interårlige til dekadale variabilitet af de store østlige grænseopstrømningssystemer.

Studiet, ledet af videnskabsmanden Giulia Bonino, forsker ved CMCC ODA—Ocean modeling and Data Assimilation Division, og medforfatter af CMCC-forskerne Simona Masina og Dorotea Iovino, og af Emanuele Di Lorenzo fra Georgia Institute of Technology, fokuserer på at kvantificere forceringsdynamik (f.eks. langslandsvinde, vind stress krølle, termoklindybde), der styrer lavfrekvente moduleringer i hver EBUS, mens det sigter mod at identificere, hvordan forceringen er forbundet med storskala klimadynamik, for endelig at forstå, i hvilket omfang storskala klimadynamik præger et sammenhængende signal på tværs af EBUS.

Forskere modellerede havdynamikken i områder med opstrømning ved hjælp af en global hvirvel-tillader konfiguration af NEMO-modellen fra 1958 til 2015. For at kvantificere opstrømningen, de introducerede et ensemble af passive sporstoffer i simuleringen, som kontinuerligt frigives i det underjordiske lag (150-250 m) i hver EBUS over en region fra kysten til 50 km offshore.

"Resultaterne fremhæver det unikke ved hver EBUS med hensyn til chauffører og klimavariabilitet, " forklarer Giulia Bonino. "Den lokale (f.eks. vindkraft, lagdeling og termoklindybde) og den fjerne (f.eks. passage af kystfangede bølger) fremtvinger, med forskellige bidrag i hver EBUS, synes at kontrollere den interårlige opwell-variabilitet. Dermed, for at forudsige og fremsætte hypoteser om de langsigtede variationer i opwelling, Det er vigtigt at identificere et korrekt indeks for upwelling i forhold til de vigtigste drivkræfter for hvert domæne. I særdeleshed, både kystvindsvariationer og lagdeling skal betragtes som potentielt konkurrencedygtige eller komplementære drivkræfter for opstrømningsvariabilitet under klimaændringer."

Det andet vigtige spørgsmål, der behandles i undersøgelsen, er indflydelsen af ​​storskala klimavariabilitet på langsigtet opwelling og graden, i hvilken der er sammenhængende lavfrekvent variabilitet på tværs af EBUS. "Variabiliteten forbundet med klimatilstande kan være af betydning for at forudsige fremtidige forstyrrelser på tidsskalaer mellem år og årtier, " forklarer Giulia Bonino. "Vores resultater viser, at tegn på global opvarmning, kendetegnet ved kraftige opstigende vinde i et skiftende klima, er kun tydelige over Benguela-systemet. Fra et bredere klimaperspektiv, EBUS deler ikke variabilitet, bortset fra ENSOs velkendte indflydelse på Stillehavssystemerne. Derfor, Atlanterhavets og Stillehavets opstrømningssystemer ser ud til at være uafhængige. Udvider den nuværende analyse til en længere periode, med koblede modeller og med den samme tilgang til passive sporstoffer, vil hjælpe med at afklare disse spørgsmål, gør det muligt at sammenligne resultaterne, og for at bekræfte eventuelle uventede teleforbindelser mellem upwelling-systemer."