Využitie Argo Drifters a

Využitie drifterov Argo a údajov satelitnej altimetrie na odvodenie obehu v severoatlantickej DIZERTÁCII na získanie titulu doktor prírodných vied Dr. rer. nat. Fakulta I (Fyzika/Elektrotechnika) prednesená Falkom Richterom Dátum kolokvia: 24.09.2010 1. Recenzent: Prof. Dr. Peter Lemke 2. recenzent: Prof. Dr. Inštitút pre polárny a morský výskum Rüdiger Gerdes Alfred Wegener

argo

Obsah Úvod 1 1 Najnovšie poznatky 7 1.1 Modelovanie. 7 1.2 Pozorovania a merania. 10 2 Dátová situácia 15 2.1 WorldOceanAtlas2005 (WOA05). 16 2.2 Satelitná výškomer. 18 2.3 Profily autonómnych drifterov (Argo). 19 2.4 Gouretzki a Koltermanova klimatológia (GKK). 25 2.5 Šmykové namáhanie vetrom. 26 3 Modely a metódy 29 3.1 Oceánsky model inverzných konečných prvkov (IFEOM). 30 3.1.1 Nákladová funkcia. 32 3.1.2 T/S Adekcia/Difúzia. 35 3.1.3 Klimatológia pozadia T/S. 36 3.1.4 Asimilácia arga. 37 3.1.5 Asimilácia výškomeru. 40 3.1.6 Prispôsobenie sa tlaku v hlbokom mori. 41 3.1.7 Vývoj nákladov. 44 3.2 Okrajové podmienky. 45 3.3 Objektívna analýza. 46 4 Vplyv údajov argo a satelitnej altimetrie na výsledok modelu 49 4.1 Vykonané modelové simulácie. 49 4.2 Referenčná simulácia. 50 4.3 Kombinácia údajov argo a altimetrie. 52 4.4 Vplyv údajov argo. 54 4.5 Interakcia údajov argo a altimetrie. 56 4.6 Vplyv údajov o výškomere. 61 4.7 Dobrá miera prispôsobenia argo a altimetrickým údajom. 64 4.8 Záver. 68 1

2 Obsah 5 Hodnotenie 69 5.1 Porovnanie s objektívnou analýzou. 69 5.2 Analýza priehybu povrchu. 75 5.2.1 Analýza trendov priehybu povrchu. 77 5.2.2 Medziročná variabilita priehybu povrchu. 83 5.3 Analýza obsahu tepla. 88 5.4 Analýza prepravy tepla. 94 5.4.1 Trendová analýza prepravy tepla. 96 5.5 Odhad toku atmosférického tepla. 101 5.6 Odhad chýb. 103 5.7 Záver. 109 6 Zhrnutie a výhľad 111 Bibliografia 115 Zoznam obrázkov 122 Zoznam tabuliek 124 Symboly a skratky 127 Register 129

24 Nahradené hodnoty dátových situácií z WOA05. Vytvorením rozdielu (rovnica: 2.2) sa ich príspevok k DHA vynechá. Používa sa tu aj kritérium 3 štandardných odchýlok (σ). Ak nie je splnená rovnica 2.4 pre (1 i N) merania Argo, údaje sú zamietnuté. (DHAi SLA i) 2> 3 σ ((DHA i SLA i) 2) (2.4) Týmto postupom sa takmer žiadne profily Argo nevyriešia kvôli chýbajúcim satelitným výškomerom vo vysokých zemepisných šírkach. Vylúčenie na základe rovnice 2.4 možno pozorovať iba v oblasti Golfského prúdu. V regióne, kde možno nájsť vysoké časové a priestorové variability, ako sú napríklad víry v mierke. (a) (b) (c) (d) Obrázok 2.8: T (alebo S) a počet horizontálne interpolovaných profilov Argo na bod mriežky v hĺbke 120 m (napríklad pre rok 2005): a) Teplota ( T); b) počet T profilov; (c) slanosť (S) a (d) počet S-profilov. Štruktúru priestorových T-kanálov v severnom Atlantiku dostatočne reprezentujú merania Argo. Hustota dát v juhovýchodnej časti modelovej oblasti je veľmi nízka a počet profilových meraní, ktoré sa berú do úvahy pre každý bod mriežky modelu, je zriedka väčší ako 5 (maximum 39).

26 Dátová situácia 2.5 Šmykové napätie vetra Horizontálna sila na oblasť, ktorú vietor vyvíja na hladinu oceánu, je známa ako šmykové napätie vetra a popisuje vertikálny prenos zložky horizontálnej hybnosti. Hybnosť sa tak prenáša z atmosféry na oceán šmykovým namáhaním vetra a dá sa vypočítať takto: 0,29 + 3,1/U 10 + 7,7/U τ = ρ A CD U 10 U 10 s 1000 CD = 10,2 na 3 m U s 10 6 m, s 0,6 + 0,07 U 10, pre 6 m U s 10 26 m. S (2,5), kde ρ A = 1,3 kg/m 3 je stredná hustota vzduchu, U 10 je rýchlosť vetra vo výške 10 m a CD je koeficient odporu (Trenberth a kol., 1989; Harrison, 1989). (a) (b) (c) (d) Obrázok 2.10: Napätie vetrom: (a) pásmové (2005) s; b) smerodajná odchýlka v čase; (c) meridional (2005) s, (d) štandardná odchýlka v čase. Obrázok 2.10a zobrazuje dominantné západné a východné vetry v subtropickej oblasti severného Atlantiku.

2.5 Šmykové napätie vetra 27 V tejto práci sa na výpočet používa šmykové napätie vetra a rýchlosti vetra NCEP. Poskytuje ich NOAA/ESRL PSD 3 a sú k dispozícii na www.esrl.noaa.gov/psd/. Ďalšie informácie o týchto údajoch možno nájsť v publikácii Kalnay et al. (1996). Ročný priemer zonálneho a poludníkového namáhania vetrom (vo výške 10 m) sa počíta z príslušných mesačných priemerov. Produkty opätovnej analýzy sú založené na najmodernejšom systéme analýzy a predpovedania, ktorý zahŕňa všetky merania vetra od roku 1948 do súčasnosti pomocou asimilácie údajov. Pre 10 simulačných rokov (1999-2008) sa používajú údaje o zonálnom a poludníkovom namáhaní vetrom prislúchajúce k danému roku. Obrázok 2.10 zobrazuje príklad zónového (2.10a) a meridionálneho (2.10c) vetra pre rok 2005. Zónová zložka zobrazuje dominantné západné vetry aj východné vetry v subtropickej oblasti severného Atlantiku. 3 Národný úrad pre oceán a atmosféru, Výskumné laboratórium systému Zeme, Divízia fyzikálnych vied, Boulder, Colorado, USA

3.1 Oceánsky model s inverznými konečnými prvkami (IFEOM) 43 (a) (b) (c) (d) Obrázok 3.6: Funkcia barotropného prúdu (interval vrstevnice 5 Sv): (a) referenčného behu bez obmedzenia rýchlostí v hlbokom oceáne a, ( b) referenčný chod s obmedzením rýchlostí v hlbokom oceáne. Podobne MOC (obrysový interval 2 Sv, 1 Sv, ak MOC