Circolazione Oceanica
Sommario Temperatura e salinità degli oceani Circolazione superficiale indotta dai venti Circolazione termoalina profonda Interazioni oceano-atmosfera
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).
Radiazione entrante e uscente
Temperature superficiali
Evaporazione, Precipitazione, Salinità Dry Dry Wet La circolazione atmosferica definisce le zone E-P
E-P
Salinità superficiale
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. 1029 kg/m 3
Densità superficiale
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.
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)
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
Circolazione superficiale indotta dai venti
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 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
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
Circolazione oceanica superficiale Anticiclone, downwelling Anticiclone, downwelling
valli e rilievi sulla superficie degli oceani
ITCZ Gli Alisei (Trade Winds) e la Zona di Convergenza Intertropicale (Intertropical Convergence Zone, ITCZ)
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
Upwelling equatoriale Divergenza di Ekman e temperature superficiali
Circolazione oceanica superficiale Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling
Circolazione oceanica profonda North Atlantic Deep Water (NADW) Antarctic Bottom Water (AABW)
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.
Corrente del Golfo e NADW
Perchè le acque subtropicali sono salate: E-P
Acque superficiali calde e salate si raffreddano muovendosi verso N e affondano, muovendosi quindi verso S a ~2-4 km di profondità
Sezione N-S del bacino atlantico L acqua profonda si forma alle alte latitudini settentrionali e meridionali
Corrente Circumantartica e AABW Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling Anticiclone, downwelling Divergenza, upwelling
Formazione di acque profonde antartiche
The Global Ocean Conveyor
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.
Interazioni Oceano-Atmosfera 3 esempi Trasferimento di calore ENSO El Nino/La Nina North Atlantic Oscillation
Interazione oceano-atmosfera Trasferimento di calore Densità aria = 1.293 kg/m3 Densità acqua marina = 1023.000 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
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) = 4.315.014 joules
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)? 4.315.014 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 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.
Prentice Hall Textbook animation link Condizioni normali
Prentice Hall Textbook animation link Condizioni El Nino
Prentice Hall Textbook animation link Condizioni La Nina
Indice positivo freddo e neve sul nord Europa, caldo e secco sul centro-sud Europa The North Atlantic Oscillation
Indice negativo secco sul nord Europa, Fresco e umido sul centro-sud Europa The North Atlantic Oscillation Images courtesy Martin Visbeck
The North Atlantic Oscillation
The North Atlantic Oscillation 20 Lugano T medie Davos T medie Milano T medie Basel T medie Temp medie*.kg 15 10 5 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
The North Atlantic Oscillation NAO Milano T medie 2 NaoTemp 15.5 1.5 15 1 14.5 0.5 14 0 13.5-0.5 13-1 12.5-1.5 12 1900 1920 1940 1960 1980 2000