Родитель Флоридского течения , Кольцевое течение — это теплое океаническое течение , которое течет на север между Кубой и полуостровом Юкатан , движется на север в Мексиканский залив , делает петлю на восток и юг, прежде чем выйти на восток через Флоридский пролив и присоединиться к Гольфстриму . Кольцевое течение является продолжением западного пограничного течения североатлантического субтропического круговорота . [1] Являясь доминирующей особенностью циркуляции в восточной части Мексиканского залива, Кольцевое течение переносит от 23 до 27 свердрупов [2] и достигает максимальной скорости потока от 1,5 до 1,8 метров в секунду. [3]
Связанная особенность — область теплой воды с « вихрем » или «кольцом петлевого течения», которое отделяется от петлевого течения, довольно хаотично каждые 3–17 месяцев. [4] Закручиваясь со скоростью 1,8–2 метра в секунду, эти кольца дрейфуют на запад со скоростью 2–5 километров в день и имеют продолжительность жизни до года, прежде чем они врежутся в побережье Техаса или Мексики . [ 5] Эти вихри состоят из теплых вод Карибского моря и обладают физическими свойствами, которые изолируют массы от окружающих общих вод залива. Кольца могут иметь диаметр от 200 до 400 километров и простираться на глубину до 1000 метров. [6]
Около 1970 года считалось, что течение Loop Current демонстрирует годовой цикл, в котором особенность Loop простирается дальше на север в течение лета. Однако дальнейшее исследование за последние несколько десятилетий показало, что расширение на север (и сброс вихрей) не имеет значительного годового цикла, но колеблется в направлениях север-юг и восток-запад на межгодовой основе. [7]
Течение Loop и его водовороты можно обнаружить, измерив уровень поверхности моря. Уровень поверхности моря как водоворотов, так и Loop 21 сентября 2005 года был на 60 см (24 дюйма) выше окружающей воды, что указывает на глубокую область теплой воды под ними. [8] В тот день ураган Рита прошел над течением Loop и усилился до шторма категории 5 с помощью теплой воды.
В Мексиканском заливе самые глубокие области теплой воды связаны с Кольцевым течением. Кольца течения, которые отделились от Кольцевого течения, обычно называются вихрями Кольцевого течения. Теплые воды Кольцевого течения и связанные с ним вихри дают больше энергии ураганам и позволяют им усиливаться.
Когда ураганы проходят над теплыми районами Мексиканского залива, они преобразуют тепло океана в энергию шторма. Поскольку эта энергия удаляется из морей, вдоль пути урагана можно обнаружить след более холодной воды. Это происходит потому, что тепло извлекается из смешанного слоя океана несколькими способами. Например, явное и скрытое тепло теряется непосредственно в тропическом циклоне через границу раздела воздух-море. Кроме того, горизонтальное расхождение потоков в смешанном слое, вызванных ветром, приводит к подъему более холодной воды термоклина . Наконец, турбулентное увлечение более холодных вод термоклина, вызванное ветровым перемешиванием, также приводит к охлаждению поверхностных вод. [9] Вот почему глубина смешанного слоя океана важнее для углубления урагана, чем температура поверхности моря . Тонкий слой теплых поверхностных вод будет более восприимчив к охлаждению, вызванному ураганом, чем воды с большим смешанным слоем и более глубоким термоклином. Более того, модели показывают, что циклоны с большей вероятностью достигнут большей доли своей максимальной потенциальной интенсивности над теплыми океаническими образованиями, где изотерма 26 °C простирается более чем на 100 метров. [10] [11]
Примером того, как глубокая теплая вода, включая Кольцевое течение, может позволить урагану усилиться, если другие условия также благоприятны, является ураган Камилла , который обрушился на побережье залива Миссисипи в августе 1969 года. Камилла образовалась в глубоких теплых водах Карибского моря, что позволило ей быстро усилиться до урагана категории 3 за один день. Он обогнул западную оконечность Кубы, и его путь пролегал прямо над Кольцевым течением, на всем протяжении на север к побережью, в течение которого продолжалось быстрое усиление . Камилла стала ураганом категории 5 с редко наблюдаемой интенсивностью и чрезвычайно сильными ветрами, которые сохранялись до выхода на сушу (по оценкам, устойчивые ветры со скоростью 190 миль в час (310 км/ч) наблюдались в очень небольшой области справа от глаза ) .
В 1980 году ураган Аллен усилился до урагана 5-й категории, двигаясь по Кольцевому течению, но ослабел перед выходом на сушу в Техасе .
В 2004 году ураган «Иван» дважды пронесся по Кольцевому течению.
В 2005 году ураган Катрина и ураган Рита значительно усилились, когда прошли над более теплыми водами течения Луп. Ожидалось, что ураган Вильма 2005 года достигнет побережья Флориды как ураган категории 2, но после столкновения с юго-восточной частью течения Луп он достиг побережья Флориды как ураган категории 3. [12]
Хотя ураган Опал не так печально известен, как Катрина, он наиболее определенно иллюстрирует углубляющие способности теплого ядра кольца. После пересечения полуострова Юкатан Опал вернулся в Мексиканский залив и прошел над вихревым сараем течения Луп. В течение четырнадцатичасового периода давление на поверхности моря упало с 965 до 916 гектопаскалей, поверхностные ветры увеличились с 35 до 60 метров в секунду, а шторм сузился с радиуса 40 километров до 25 километров. До шторма изотерма 20 °C находилась на глубине от 175 до 200 метров, но была обнаружена на 50 метров мельче после того, как шторм прошел. В то время как большая часть этого вызванного ураганом охлаждения смешанного слоя была отнесена к подъему глубинных вод (из-за дивергенции Экмана), еще 2000–3000 Вт/м², по оценкам, были потеряны через тепловой поток на границе раздела воздух-вода в ядре шторма. Кроме того, показания температуры поверхности моря, полученные с помощью буев, зафиксировали падение температуры на 2–3 °C, когда Opal проходил над Gulf Common Waters, но только на 0,5–1 °C, когда шторм столкнулся с более массивным смешанным слоем океана, связанным с теплым вихрем в ядре. [13]
В 2008 году ураган Густав прошел через Кольцевое течение, но из-за температуры течения (тогда она составляла всего 80 градусов по Фаренгейту) и ограниченных размеров (он простирался только на полпути от Кубы до Луизианы, а между его оконечностью и побережьем Луизианы была более прохладная вода) шторм остался ураганом 3-й категории вместо того, чтобы набирать силу по мере прохождения через течение. [14] [15]
В августе 2021 года ураган Ида переместился через Кольцевое течение, что позволило ему быстро усилиться из урагана категории 2 в ураган категории 4 всего за одну ночь. [16] [17]
Усиление и ослабление ураганов является результатом обширных термодинамических взаимодействий между атмосферой и океаном. В целом, эволюция интенсивности урагана определяется тремя факторами. Во-первых, начальная интенсивность тропического циклона является преобладающим фактором, и ее сила будет отражаться на протяжении всей жизни шторма. Во-вторых, термодинамическое состояние атмосферы, через которую движется циклон, повлияет на его способность усиливаться, поскольку сильные горизонтальные ветры будут рассеивать внутреннюю циркуляцию и предотвращать вертикальное накопление энергии внутри шторма. Третьим компонентом, влияющим на интенсивность урагана, является теплообмен между верхним слоем океанских вод и ядром шторма. [18] По этой причине основным направлением исследований ураганов была температура поверхности моря перед штормом. Однако недавние исследования показали, что температура поверхности менее важна для углубления урагана, чем глубина смешанного слоя океана. Фактически, было показано, что давление урагана на уровне моря более тесно коррелирует с глубиной изотермы 26 °C (и содержанием тепла в океане), чем с температурой поверхности моря. [19] Штормы, проходящие через Кольцевое течение или теплые вихри ядра, имеют доступ к более прохладной воде и, следовательно, к более высокому содержанию энергии нагретых молекул.
После того, как ураган Рита покинул Петлевое течение и прошел над более холодной водой, его сила снизилась, но основным фактором этого ослабления был цикл замены глазной стенки (ERC), произошедший в то время. ERC и другие атмосферные факторы являются причиной того, что Рита не усилилась снова, когда впоследствии прошла над вихревым вихрем.
Также следует отметить: тропические депрессии, тропические штормы и ураганы усиливаются, но не направляются температурой воды. Они направляются атмосферой, а уровень атмосферы, участвующий в управлении ураганом, отличается при разной интенсивности (т. е. он связан с минимальным давлением урагана).
Уровень моря относительно легко измерить точно с помощью радаров со спутников. Температуру моря под поверхностью не так легко измерить в широком смысле, но ее можно вывести из уровня моря, поскольку более теплая вода расширяется , и, таким образом (при равенстве всех других факторов, таких как глубина воды), вертикальный столб воды немного поднимется при нагревании. Таким образом, уровень моря часто используется в качестве косвенного показателя для температуры глубоководных участков моря.
Национальный центр буев данных NOAA обслуживает большое количество буев данных в Мексиканском заливе, некоторые из которых измеряют температуру моря на глубине одного метра от поверхности.
Течение Loop и вихри Loop Current Eddies влияют на биологические сообщества в Мексиканском заливе. Однако в целом на эти сообщества влияют не теплое ядро течения Loop и вихри сами по себе. Вместо этого на биологические сообщества в заливе влияют более мелкие особенности холодного ядра, известные как фронтальные вихри, которые образуются вокруг границы течения Loop и вихрей Loop Current Eddies.
Фронтальные вихри течения петли представляют собой холодные, вращающиеся против часовой стрелки (циклонические) вихри, которые образуются на границе течения петли или вблизи нее. Диаметр LCFE составляет от 80 до 120 км. [20] Эти холодные образования меньше, чем теплые вихри, выделяемые течением петли.
Многочисленные исследования показали различия в биологических сообществах внутри и снаружи различных особенностей в Мексиканском заливе. Более высокие постоянные запасы зоопланктона и микронектона были обнаружены в особенностях холодного ядра, чем в Кольцевом течении и вихрях Кольцевого течения. [21] Однако не было обнаружено разницы в численности эвфаузиид , планктонных креветкоподобных морских ракообразных, между областями апвеллинга и вихрями теплого ядра, [22] но в 2004 году было обнаружено, что численность гипериид была ниже в вихрях Кольцевого течения, чем снаружи. [23] Одновременно было обнаружено, что уровни питательных веществ (нитратов) были низкими выше 100 метров в вихрях теплого ядра, в то время как уровни нитратов были высокими в холодных особенностях. [24] [25] Было обнаружено, что низкие постоянные запасы хлорофилла, первичной продукции и биомассы зоопланктона были низкими в LCE. [26]
Низкие концентрации хлорофилла и первичное производство, вероятно, являются результатом низкого уровня питательных веществ, поскольку многим планктонным видам для выживания требуются нитраты и другие питательные вещества. В свою очередь, низкое первичное производство может быть одной из причин низкого содержания гетеротрофных (питающихся организмами, в отличие от фотосинтезирующих) видов внутри Петлевого течения и вихрей Петлевого течения. С другой стороны, температура может играть роль в низком содержании обоих сообществ: атлантический синеплавниковый тунец выработал поведенческие модели избегания высоких температур, связанных с особенностями теплого ядра, такими как Петлевое течение и вихри Петлевого течения в Мексиканском заливе. [27] Также возможно, что планктонные виды также избегают более высоких температур в этих особенностях.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ){{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )