Σοβαρή αποδυνάμωση του ρεύματος του Κόλπου κατά τη διάρκεια των τελευταίων τεσσάρων δεκαετιών που παρατηρείται στα στενά της Φλόριντα
Robust Weakening of the Gulf Stream During the Past Four Decades Observed in the Florida Straits
Christopher G. Piecuch, Lisa M. Beal(Εκλαϊκευμένο συμπέρασμα προς κατανόηση των επιστημονικών δεδομένων)
Το ρεύμα του Κόλπου είναι ένα σημαντικό ωκεάνιο ρεύμα που βρίσκεται στα ανοικτά της ανατολικής ακτής των Ηνωμένων Πολιτειών. Μεταφέρει τεράστια ποσότητα θαλασσινού νερού και μαζί με αυτό θερμότητα, άνθρακα και άλλα συστατικά του ωκεανού. Εξαιτίας αυτού, το ρεύμα του Κόλπου παίζει σημαντικό ρόλο στον καιρό και το κλίμα, επηρεάζοντας φαινόμενα φαινομενικά άσχετα μεταξύ τους, όπως η στάθμη της θάλασσας κατά μήκος της παράκτιας Φλόριντα και η θερμοκρασία και οι βροχοπτώσεις πάνω από την ηπειρωτική Ευρώπη. Δεδομένου του πόσο σημαντικό είναι αυτό το ωκεάνιο ρεύμα για την επιστήμη και την κοινωνία, οι επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να προσδιορίσουν αν το ρεύμα του Κόλπου έχει υποστεί σημαντικές μεταβολές υπό την υπερθέρμανση του πλανήτη, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχουν καταλήξει σε κάποιο ασφαλές συμπέρασμα. Εδώ αναφέρουμε την προσπάθειά μας να συνθέσουμε τις διαθέσιμες παρατηρήσεις του Ρεύματος του Κόλπου από τα Στενά της Φλόριντα κοντά στο Μαϊάμι και να εκτιμήσουμε αν και πώς έχει αλλάξει η μεταφορά του Ρεύματος του Κόλπου εκεί από το 1982. Συμπεραίνουμε με υψηλό βαθμό εμπιστοσύνης ότι η μεταφορά του ρεύματος του Κόλπου έχει πράγματι επιβραδυνθεί κατά περίπου 4% τα τελευταία 40 χρόνια, η πρώτη πειστική, αδιαμφισβήτητη παρατηρησιακή απόδειξη ότι αυτό το ωκεάνιο ρεύμα έχει υποστεί σημαντική αλλαγή στο πρόσφατο παρελθόν. Μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να προσπαθήσουν να προσδιορίσουν την αιτία αυτής της αλλαγής.
Το ρεύμα του Κόλπου είναι ένα ζωτικό σκέλος
της κυκλοφορίας του Βόρειου Ατλαντικού που επηρεάζει το κλίμα της περιοχής, το
επίπεδο της θάλασσας και τη δραστηριότητα των τυφώνων. Δεδομένης της σημασίας
του Ρεύματος του Κόλπου για τον καιρό και το κλίμα, πολλές μελέτες έχουν
προσπαθήσει να εκτιμήσουν τις τάσεις στην ογκομετρική μεταφορά του από διάφορα
σύνολα δεδομένων, αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν πειστικά και δεν έχει προκύψει
συναίνεση για το αν εξασθενεί με την κλιματική αλλαγή. Εδώ χρησιμοποιούμε την
ανάλυση Bayes για την από
κοινού αφομοίωση πολλαπλών συνόλων δεδομένων παρατήρησης από τα στενά της
Φλόριντα για να ποσοτικοποιήσουμε την αβεβαιότητα και τη μεταβολή της μεταφοράς
όγκου του ρεύματος του Κόλπου από το 1982. Διαπιστώνουμε με σχεδόν απόλυτη
βεβαιότητα (πιθανότητα P >
99%) ότι η μεταφορά όγκου του ρεύματος του Κόλπου μέσω των στενών της Φλόριντα
μειώθηκε κατά 1,2 ± 1,0 Sv[1] τα τελευταία 40 χρόνια (95% αξιόπιστο
διάστημα). Αυτή η σημαντική τάση προέκυψε από το σύνολο των δεδομένων μόνο τα
τελευταία δέκα χρόνια, η πρώτη αδιαμφισβήτητη απόδειξη για μια πρόσφατη
πολυδεκαετή μείωση αυτής
της κλιματικά σημαντικής συνιστώσας
της ωκεάνιας κυκλοφορίας.
Σχήμα 1 Περιοχή μελέτης. Η χρωματική σκίαση είναι η τοπογραφία/βαθυμετρία (m) από το δίκτυο GEBCO 2021. Οι πορτοκαλί γραμμές επισημαίνουν τις ονομαστικές θέσεις των υποθαλάσσιων τηλεπικοινωνιακών καλωδίων μεταξύ Jupiter Inlet (Φλόριντα) και Settlement Point (Μπαχάμες) και μεταξύ West Palm Beach (Φλόριντα) και Eight Mile Rock (Μπαχάμες). Η κίτρινη γραμμή στις 27° Β σηματοδοτεί την ονομαστική θέση των επί τόπου τμημάτων. Οι μωβ κουκκίδες σηματοδοτούν τις επίγειες τροχιές του υψομέτρη και οι παχύτερες μαύρες κουκκίδες σηματοδοτούν την κατιούσα τροχιά 178, η οποία χρησιμοποιήθηκε από τους Volkov et al. (2020) για την εκτίμηση της μεταφοράς του ρεύματος του Κόλπου μέσω των στενών της Φλόριντα. Τα μαύρα βέλη προσδιορίζουν το σχετικό μέγεθος και την έννοια της επιφανειακής κυκλοφορίας από δεδομένα drifter (Laurindo et al., 2017). Το ένθετο δείχνει την περιοχή μελέτης σε παγκόσμιο πλαίσιο.
Μπεϋζιανή μοντελοποίηση
Στο σημείο εκκίνησης του Ρεύματος του Κόλπου, στο Στενό της Φλόριντα, οι θαλάσσιοι ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει πολυάριθμες συστηματικές εκστρατείες μέτρησης από τις αρχές της δεκαετίας του 1980. Τα τελευταία 40 χρόνια, έχουν συλλεχθεί τρία εκτεταμένα σύνολα δεδομένων. Προέρχονται από μετρήσεις σε υποβρύχια καλώδια, από δορυφορικά αλτίμετρα και από άμεσες έρευνες στη θάλασσα με ανιχνευτές πτώσης, χαμηλωμένα ροόμετρα προφίλ Doppler (LADP) ή παρασυρόμενα, ανεξάρτητα μετρώντας υποβρύχιους δορυφόρους, τους λεγόμενους πλωτήρες.
Για να συνδυάσει χιλιάδες σημεία δεδομένων από αυτά τα τρία ανεξάρτητα σύνολα δεδομένων, ο Piecuch χρησιμοποίησε τη λεγόμενη Bayesian μοντελοποίηση. Αυτό του επέτρεψε να συνδέσει πληροφορίες από διαφορετικές πηγές και να τις αξιολογήσει στατιστικά. Με την κλασική στατιστική, από την άλλη πλευρά, μόνο τα δεδομένα από ένα μόνο σύνολο δεδομένων μπορούν να αναλυθούν.
Μόνο μέσω αυτής της μάλλον υπολογιστικά εντατικής μεθόδου θα μπορούσε πραγματικά να αποδειχθεί μια σημαντική τάση μείωσης του ρεύματος του Ρεύματος του Κόλπου. Ωστόσο, η τάση αυτή εμφανίστηκε δυναμικά μόνο την τελευταία δεκαετία
Ο Rahmstorf απο το PIK θεωρεί ότι οι μετρήσεις είναι εύλογες
«Αυτή η εργασία καταδεικνύει ρητά την αξία τέτοιων μακρών παρατηρήσεων για το φιλτράρισμα πολύ λεπτών σημάτων. Σε αυτή την περίπτωση, έχουμε δείξει ότι χρειαζόμαστε περισσότερα από 30 χρόνια δεδομένων», λέει ο Piecuch, τονίζοντας τη σημασία της χρηματοδότησης και της διατήρησης μακροπρόθεσμων παρατηρήσεων των ωκεανών. "Όσο πιο λεπτή είναι η αλλαγή που βλέπετε, τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος παρατήρησης που χρειάζεστε για να πειράξετε αυτές τις υποσυνείδητες αλλαγές από μια χρονοσειρά παρατήρησης".
«Συμπεραίνουμε τώρα με υψηλό βαθμό βεβαιότητας ότι η μεταφορά του Ρεύματος του Κόλπου έχει στην πραγματικότητα επιβραδυνθεί κατά περίπου τέσσερα τοις εκατό τα τελευταία 40 χρόνια», αναφέρει το άρθρο. Αυτό αντιστοιχεί σε περίπου 1,2 Sverdrup, δηλαδή περίπου 1,2 δισεκατομμύρια λίτρα ανά δευτερόλεπτο, το οποίο τώρα ρέει λιγότερο μέσω του στενού της Φλόριντα.
Το γεγονός ότι αυτή η απόδειξη από τους Piecuch και Beal πιθανότατα τερματίζει την επιστημονική συζήτηση σχετικά με τη μείωση του ρεύματος σε αυτό το τμήμα του Ρεύματος του Κόλπου επιβεβαιώθηκε επίσης σε ένα e-mail από τον ωκεανογράφο Stefan Rahmstorf από το Ινστιτούτο Potsdam για την Έρευνα των Κλιματικών Επιπτώσεων, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Θεωρεί ότι οι μετρήσεις είναι εύλογες.
"Ενώ μπορούμε σίγουρα να πούμε ότι αυτός ο μετριασμός συμβαίνει, δεν είμαστε σε θέση να πούμε σε ποιο βαθμό σχετίζεται με την κλιματική αλλαγή ή αν πρόκειται για φυσική διακύμανση", επισημαίνει ο Piecuch. Αν και παρόμοιες εξασθενήσεις θα μπορούσαν επίσης να παρατηρηθούν σε κλιματικά μοντέλα, οι δύο συγγραφείς δεν έχουν ακόμη καταφέρει να συγκεντρώσουν όλα τα δεδομένα παρατήρησης που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να εξηγήσουν με σαφήνεια και αξιοπιστία την αιτία της παρατηρούμενης μείωσης.
Σχήμα 2 α) Παρατηρηθείσα μεταφορά του ρεύματος του Κόλπου από υποθαλάσσιο καλώδιο (πορτοκαλί), επί τόπου (μπλε) και δορυφορική υψομέτρη (κίτρινο). Οι συντελεστές συσχέτισης Pearson μεταξύ καλωδίου και in situ, καλωδίου και υψομέτρη και in situ και υψομέτρη στα κοινά χρονικά σημεία τους είναι 0,76, 0,63 και 0,58, αντίστοιχα. (β) Εκ των υστέρων διάμεσοι (μαύρη γραμμή) και 95% σημειακά αξιόπιστα διαστήματα (γκρι σκίαση) της ημερήσιας μεταφοράς από το μοντέλο Bayes μαζί με την εκτιμώμενη διάμεση τάση και το 95% σημειακό αξιόπιστο διάστημα (μωβ γραμμή και σκίαση). (γ) Λεπτομέρεια της παρατηρούμενης (πορτοκαλί, μπλε και κίτρινες κουκκίδες) και της μοντελοποιημένης (μαύρη γραμμή και γκρι σκίαση) μεταφοράς κατά τη διάρκεια του 2019. Δύο τυχαία σχεδιασμένα μεταγενέστερα μέλη του συνόλου παρουσιάζονται για σύγκριση (μοβ και πράσινη γραμμή). (δ) Τυπικά σφάλματα στα δεδομένα του καλωδίου (μπλε κουκκίδες) και τυπικές αποκλίσεις στις εκ των υστέρων λύσεις (μαύρη γραμμή).
To Cold Blob
Ωστόσο, δεν είναι ακόμη 100% σαφές εάν η επιβράδυνση θα έχει επίδραση στο γιγαντιαίο κίνημα ανατροπής του Βόρειου Ατλαντικού και επομένως στις κλιματικές συνθήκες στην Ευρώπη, ακόμη και αν τα κλιματικά μοντέλα, με τα οποία συνεργάζεται επίσης ο Rahmstorf, το δείχνουν πολύ έντονα.
Εάν το Ρεύμα του Κόλπου αποδυναμωθεί, θα πρέπει να γίνει πιο δροσερό στον Βόρειο Ατλαντικό. Μετά από όλα, λιγότερη θερμότητα θα φτάνει στο βορρά. Και πράγματι, οι μετρήσεις των θερμοκρασιών των ωκεανών δείχνουν ότι αυτό συμβαίνει ήδη. Ο Βόρειος Ατλαντικός γύρω από τη Νότια Γροιλανδία ψύχεται από τον 19ο αιώνα - σε αντίθεση με την τάση υπερθέρμανσης του πλανήτη. Αυτό είναι το αποτέλεσμα ερευνών, άμεσων μετρήσεων και δειγμάτων ιζημάτων, τα οποία, όπως οι φέτες δέντρων, χρησιμεύουν ως ιστορικό αρχείο κλίματος. Και αυτό ίσως έχει σχέση με το λειώσιμο της παγοκάλυψης στην Γροιλανδία
Σχήμα 3 Περισσότερη ανάλυση δείχνει ότι η τάση αυτή προέκυψε μόλις πρόσφατα από τα δεδομένα. Πραγματοποιήσαμε μια σειρά από πειράματα ευαισθησίας όπου στο μοντέλο δόθηκαν τα δεδομένα μόνο για τα έτη 2005, 2009, 2013 και 2017, και τα πειράματα αυτά έδωσαν αντίστοιχες πιθανότητες εξασθένισης της μεταφοράς P = 51%, P = 79%, P = 96% και P = 97% (Σχήμα 3α). Αυτό αποδεικνύει ότι μια σημαντική μείωση της μεταφοράς του ρεύματος του Κόλπου έχει γίνει ανιχνεύσιμη μόνο κατά την τελευταία δεκαετία, αλλά και ότι το συμπέρασμα μιας σημαντικής εξασθένησης δεν είναι ευαίσθητο στο τελικό σημείο της περιόδου ανάλυσης, εφόσον αυτό εμπίπτει στην τελευταία δεκαετία. Η μείωση της μεταφοράς του ρεύματος του Κόλπου από το μοντέλο Bayes είναι επίσης ανθεκτική στην επιλογή των δεδομένων που αναλύονται από τον αλγόριθμο. Πραγματοποιήσαμε μια άλλη σειρά πειραμάτων ευαισθησίας παραλείποντας είτε τα καλωδιακά, είτε τα in situ, είτε τα αλτιμετρικά δεδομένα από την ανάλυση, και βρήκαμε εξασθενήσεις από τα αντίστοιχα πειράματα 0,8 ± 1,0, 1,1 ± 1,0 και 1,2 ± 0,9 Sv (Σχήμα 3β). Αυτό δείχνει ότι η πολύ πιθανή (P > 94%) εξασθένηση της μεταφοράς είναι ένα κοινό σήμα και δεν εξαρτάται από κάποιο σύνολο δεδομένων.
Αλλά αυτή η «ψυχρή άμορφη μάζα», όπως την αποκαλούν οι ερευνητές του κλίματος, μπορεί προφανώς να έχει ισχυρή επίδραση στο κλίμα και τον καιρό στην Ευρώπη, όπως μπόρεσε να δείξει μια βρετανική ερευνητική ομάδα με επικεφαλής την Aurelie Duchez το 2016 . Ο αεροχείμαρρος, ένας ισχυρός άνεμος μεγάλου υψομέτρου που ελίσσεται γύρω από τα βόρεια γεωγραφικά πλάτη σε υψόμετρο δέκα έως 15 χιλιομέτρων, τείνει να κάνει ένα τόξο προς τα νότια γύρω από το Cold Blob. Ως αποτέλεσμα, οι θερμοί άνεμοι από τα νοτιοδυτικά ωθούνται στην Ευρώπη, όπου στη συνέχεια προκαλούν κύματα καύσωνα όπως το περασμένο καλοκαίρι.
Ο Beal, συν-συγγραφέας των στοιχείων του Ρεύματος του Κόλπου, καταλήγει στοχαστικά: «Με λυπεί να συνειδητοποιήσω, με βάση τη μελέτη μας και τόσες άλλες μελέτες, ότι ακόμη και τα πιο απομακρυσμένα μέρη του ωκεανού κυριαρχούνται τώρα από τον εθισμό μας στα ορυκτά καύσιμα».
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105170
[1]Η μονάδα Sverdrup (Sv) χρησιμοποιούταν ευρέως, από τον Σκανδιναβό μετεωρολόγο/ωκεανογράφο Harald Ulrik Sverdrup (1888-1957). Ένα Sv = 1 x 106 m3/sec.
