Круговорот Бофорта — одно из двух основных океанских течений в Северном Ледовитом океане . Он расположен примерно к северу от побережья Аляски и Канады. В прошлом арктический морской лед циркулировал в круговороте Бофорта в течение нескольких лет, что приводило к образованию очень толстого многолетнего морского льда. [1] Из-за повышения температуры в Арктике круговорот потерял значительное количество льда, практически превратив то, что раньше было рассадником морского льда, который созревал и превращался в самый толстый и старый лед Северного Ледовитого океана в « кладбище» для старого льда. [2] [3]
Условия в Арктике в последние годы способствовали таянию морского льда летом в Северном полушарии . В конце 20-го века анализ повышения температуры поверхностных вод Тихого океана привел к открытию связи между этим повышением температуры и началом серьезной потери арктического морского льда в море Бофорта . Была предложена причина существования этой связи: «...отсроченное образование льда зимой обеспечивает более эффективную связь между океаном и воздействием ветра». Эти динамические механизмы наблюдаются при раскрутке и циркуляции круговорота Бофорта. [4]
В западной части Северного Ледовитого океана расположен круговорот Бофорта, растущий резервуар пресной воды которого окутан тайной. В последние годы увеличение содержания пресной воды (FWC) было в центре внимания многих исследований, особенно тех, которые касаются совместной динамики океана и атмосферы. Большая часть запасов пресной воды в Арктике находится в круговороте Бофорта. Хотя наблюдения с подводных лодок , кораблей и станций на дрейфующем льду смещены в сторону летних месяцев Северного полушария, они позволяют предположить, что круговорот расширялся за последние два десятилетия. Исследователи использовали совмещенные модели общей циркуляции моря, льда и океана , чтобы тщательно проанализировать эти наблюдения. Результаты моделирования показывают, что перенос Экмана играет важную роль в изменчивости пресной воды в круговороте и, следовательно, в Северном Ледовитом океане. Преобладающее направление вращения круговорота Бофорта — по часовой стрелке, следуя преобладающей циркуляции ветра полярного максимума. Кориолис поворачивает движущиеся объекты вправо в северном полушарии и «вправо» — внутрь во вращающейся по часовой стрелке системе. Вот почему все, что плавает, включая пресную воду, имеет тенденцию двигаться к центру системы. Действительно, в центре круговорота Бофорта имеется небольшая выпуклость, когда он вращается в преобладающем направлении по часовой стрелке. Если, как предполагается, Северный Ледовитый океан станет коллектором тепла, что приведет к образованию системы низкого давления, вращающейся против часовой стрелки, можно ожидать, что круговорот Бофорта последует этому примеру и отправит более пресную воду наружу, чтобы она была захвачена трансполярным течением. Это вполне может привести к появлению более соленой и немного более теплой атлантической воды, которая находится под плавающей пресной арктической водой.
Вариации переноса Экмана изменяют высоту морской поверхности и глубину галоклина, что приводит к накачке Экмана. Во время антициклонических режимов, когда закручивание напряжения ветра отрицательное, пресная вода закачивается в круговорот Бофорта; во время циклонических режимов, когда завихрение напряжения ветра положительное, пресная вода выбрасывается в Северный Ледовитый океан, откуда она затем может течь в Северную Атлантику. Джайлс и др. (2012) [5] пришли к выводу, что изменчивость содержания пресной воды зависит от завихрения напряжения ветра. Завиток напряжения ветра, использованный Джайлсом и др. (2012) взято из данных повторного анализа NCEP/NCAR Национального управления океанических и атмосферных исследований, Лаборатории исследования системы Земли, Отдела физических наук (NOAA/OAR/ESRL PSD) в Боулдере, Колорадо, США.
Сезонный цикл содержания пресной воды касается не только механических (экмановская откачка), но и термических (ледообразование) процессов. Круговорот Бофорта содержит средний объем800 км 3 замороженной пресной воды или морского льда при средней толщине льда 2 метра. В период с июня по июль средний сезонный цикл содержания пресной воды достигает пика; в этот сезон толщина морского льда достигает минимума, а это означает, что количество растаявшего морского льда достигло максимума. Максимум содержания пресной воды, попадающей в океанские воды, совпадает с максимумом завихрения ветрового стресса (т.е. минимумом при откачке по Экману), что позволяет большому объему пресной воды просачиваться в циркуляцию Северного Ледовитого океана. Этот быстрый приток пресной воды в арктическую циркуляцию заставляет большой объем пресной воды оттекать в бассейн Северной Атлантики , влияя на Атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию . [6]
Круговорот Бофорта образовал купол пресной воды , который с 2002 года расширился по вертикали примерно на 15 сантиметров (5,9 дюйма); к 2011 году его объем увеличился примерно до 8000 кубических километров (1900 кубических миль). [7] Пресная вода в этом круговороте составляет около 10% всей пресной воды в Северном Ледовитом океане; большая часть запасов пресной воды в Арктике поступает из российских рек в виде стоков . [7] Циркуляция круговорота Бофорта по часовой стрелке вызвана характером ветра, связанным с постоянной антициклонической системой высокого давления над западной частью Арктики. В круговороте, вращающемся по часовой стрелке в Северном полушарии, сила Кориолиса заставляет океанскую воду течь внутрь к центру круговорота, где она накапливается, эффективно образуя водный купол. Если характер ветра сместится в циклоническую циркуляцию из-за существования системы низкого давления (подъем воздуха, вызванный более теплыми температурами океана и увеличением объема открытой воды Северного Ледовитого океана), это приведет к тому, что циркуляция круговорота Бофорта повернется вспять и потечет в противоположную сторону. - по часовой стрелке. Если это произойдет, сила Кориолиса отклонит поток от центра круговорота, и вместо образования поднимающегося водного купола образуется депрессия и произойдет подъем более теплой воды из Атлантического океана .
Океанограф Андрей Прошутинский предположил, что если ветры и круговорот ослабнут, большие объемы пресной воды могут вытечь из восточной части Северного Ледовитого океана в северную часть Атлантического океана , что повлияет на термохалинную циркуляцию и, следовательно, на климат . [8]
Из-за сезонного образования морского льда доступ к круговороту Бофорта затруднен, поэтому его можно изучать в зимние месяцы северного полушария; недостаток солнечного света в эти месяцы вынуждает использовать искусственное освещение. [9] Исследования Артура С. Дайка и других показывают, что если объем стока рек в круговорот Бофорта увеличится, сам круговорот может пространственно сместиться вправо. [10]