Circolazione Oceanica

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Sergio Carboni
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1 Circolazione Oceanica

2 Sommario Temperatura e salinità degli oceani Circolazione superficiale indotta dai venti Circolazione termoalina profonda Interazioni oceano-atmosfera

3 Gli oceani Oceano Pacifico: 52% dell oceano totale, profondità media di 4028 metri; Oceano Indiano: 20% area, profondità media di 3897 m; Oceano Atlantico: 25% area, profondità media di 3332 m; Le parti meridionali dei tre oceani costituiscono l Oceano Meridionale (Southern Ocean).

4 Radiazione entrante e uscente

5 Temperature superficiali

6 Evaporazione, Precipitazione, Salinità Dry Dry Wet La circolazione atmosferica definisce le zone E-P

7 E-P

8 Salinità superficiale

9 L acqua marina contiene circa 3.49% di sali in soluzione.. I costituenti principali sono il Cloro [55%] e il Sodio [30.6%] 1022 kg/m 3 isopycnals La densità dell acqua marina è funzione della temperatura e della salinità kg/m 3

10 Densità superficiale

11 Stratificazione Acque più calde di 10 C dominano la superficie fino a ~500 m di profondità. Il decremento di temperatura in profondità è chiamato termoclino.

12 Circolazione oceanica Esistono due forze che determinano la circolazione oceanica: 1. Stress del vento che agisce sulla superficie dell acqua, T = r air C d W 2 dove r ai è la densità dell aria,, W è la velocità del vento a 10 m, e C d è il drag coefficient 2. Variazioni di temperatura e salinità = densità (termoalina)

13 La circolazione indotta dai venti è più vigorosa di quella termoalina, ma agisce essenzialmente nel primo km di profondità, mentre quella termoalina agisce a tutte le profondità e può causare overturning col quale le acque profonde possono venire a contatto con l atmosfera e influenzare direttamente il clima. Iniziamo con la circolazione indotta dai venti e poi passiamo a quella termoalina

14 Circolazione superficiale indotta dai venti

15 Venti superficiali Circolazione superficiale

Come il vento muove l acqua: La spirale di Ekman 50-200 m Lo stress del vento (~velocità del vento 2 ) agisce sullo strato di acqua

16 Come il vento muove l acqua: La spirale di Ekman m Lo stress del vento (~velocità del vento 2 ) agisce sullo strato di acqua superficiale e produce trasporto Ekman L acqua è deflessa verso destra nell emisfero N e verso sinistra nell emisfero S PER EFFETTO DELLA FORZA DI CORIOLIS

17 Anticiclone: area di alta pressione atmosferica. Rotazione oraria dei venti in emisfero nord, antioraria in emisfero sud. Convergenza superficiale+ downwelling ESEMPI EMISFERO NORD Ciclone: area di bassa pressione atmosferica. Rotazione antioraria dei venti in emisfero nord, oraria in emisfero sud. Divergenza superficiale+uwelling

19 Circolazione oceanica superficiale Anticiclone, downwelling Anticiclone, downwelling

20 valli e rilievi sulla superficie degli oceani

21 ITCZ Gli Alisei (Trade Winds) e la Zona di Convergenza Intertropicale (Intertropical Convergence Zone, ITCZ)

22 Upwelling equatoriale. I venti all equatore provengono da oriente. Per effetto dell inversione della forza di Coriolis attraverso l equatore, il trasporto di Ekman è verso i poli in entrambi gli emisferi. In altre parole, la circolazione oceanica superficiale è divergente all equatore. Per compensare la divergenza, acqua profonda fredda viene richiamata in superficie (upwelling). upwelling Trasporto di Ekman X EQ vento

23 Upwelling equatoriale Divergenza di Ekman e temperature superficiali

24 Circolazione oceanica superficiale Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling

25 Circolazione oceanica profonda North Atlantic Deep Water (NADW) Antarctic Bottom Water (AABW)

26 Densità dell acqua marina (dovuta a salinità e temperatura) Isopycnals (Equal density lines) Circolazione termoalina dovuta a variazioni di temperatura e salinità = densità. Le acque più profonde e fredde derivano le loro proprietà dall esposizione in superficie alle alte latitudini.

27 Corrente del Golfo e NADW

28 Perchè le acque subtropicali sono salate: E-P

29 Acque superficiali calde e salate si raffreddano muovendosi verso N e affondano, muovendosi quindi verso S a ~2-4 km di profondità

30 Sezione N-S del bacino atlantico L acqua profonda si forma alle alte latitudini settentrionali e meridionali

31 Corrente Circumantartica e AABW Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling

32 Formazione di acque profonde antartiche

33 The Global Ocean Conveyor

34 Sommario La circolazione profonda (>1 km) risulta da cambiamenti di densità delle acque. Acque calde e salate tropicali si raffreddano muovendosi verso N (Corrente del Golfo). Il raffreddamento di acque salate causa aumento di densità e affondamento, e movimento in profondità verso S (NADW). Nell Oceano Meridionale si ha formazione di AABW.

35 Interazioni Oceano-Atmosfera 3 esempi Trasferimento di calore ENSO El Nino/La Nina North Atlantic Oscillation

36 Interazione oceano-atmosfera Trasferimento di calore Densità aria = kg/m3 Densità acqua marina = kg/m3 Calore specifico: quantità di calore (energia termica) necessaria a far aumentare la temperatura di 1 kg di materia di 1 K Calore specifico aria = 1004 J/ K kg Calore specifico acqua marina= 4218 J/ K kg

37 Equazione di trasferimento di calore Q = rcvdt, dove Q = calore (energia termica) trasferito r = densità, C = calore specifico, V = volume, dt = variazione di temperatura Assumendo V = 1 m 3 e dt 1 C Q aria = (1.293)(1004) = 1298 joules Q acqua 4.18 J = 1 cal = (1023)(4218) = joules

38 Quando 1 m3 di acqua si raffredda di un grado C, quanto calore (energia termica) è perso (cioè viene trasferito all atmosfera)? Quando 1 m3 di acqua si scalda di un grado C, quanto calore è guadagnato (cioè viene acquisito dall atmosfera)? joules Quando 1 m3 di aria si raffredda/scalda di un grado C, quanto calore è perso/acquisito (cioè viene trasferito all oceano/acquisito dall oceano)? 1298 joules (~3000 volte meno) Un piccolo cambiamento di temperatura dell acqua può cambiare lo stato termico dell atmosfera sensibilmente.

El Nino/La Nina Condizioni normali In condizioni normali i venti tropicali (Alisei) soffiano in direzione ovest causando risalita di acque fredde profonde ad est (upwelling) e accumulo di acque calde

39 El Nino/La Nina Condizioni normali In condizioni normali i venti tropicali (Alisei) soffiano in direzione ovest causando risalita di acque fredde profonde ad est (upwelling) e accumulo di acque calde superficiali ad ovest. In prossimità dell Indonesia la superficie dell oceano è circa 0.5 m più alta che non in Perù e la temperatura superficiale è di circa 8 C più elevata ad ovest che ad est. La piovosità è connessa con la zona a temperatura più elevata ad ovest, mentre la zona est è relativamente più secca. Condizioni El Niño Nella fase di El Niño gli Alisei si attenuano. La massa di acqua calda superficiale precedentemente accumulata ad ovest migra verso est con conseguente abbassamento del termoclino, blocco della risalita di acque fredde profonde ad est (upwelling) e migrazione della piovosità con inondazioni in Perù e siccità in Indonesia e Australia.

40 Prentice Hall Textbook animation link Condizioni normali

41 Prentice Hall Textbook animation link Condizioni El Nino

42 Prentice Hall Textbook animation link Condizioni La Nina

44 Indice positivo freddo e neve sul nord Europa, caldo e secco sul centro-sud Europa The North Atlantic Oscillation

45 Indice negativo secco sul nord Europa, Fresco e umido sul centro-sud Europa The North Atlantic Oscillation Images courtesy Martin Visbeck

46 The North Atlantic Oscillation

47 The North Atlantic Oscillation 20 Lugano T medie Davos T medie Milano T medie Basel T medie Temp medie*.kg

48 The North Atlantic Oscillation NAO Milano T medie 2 NaoTemp

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