Гольфстрим отделяется от побережья США около мыса Гаттерас (35° с. ш., 75° з. д.), а затем движется на восток через Северную Атлантику , становясь Североатлантическим течением примерно на 55° з. д. В районе между 75° з. д. и 55° з. д. оно подвержено извилинам и часто сопровождается водоворотами . Северный край течения отмечен резким падением температуры. Это также имеет место на гораздо больших глубинах, так что теплое течение прижимается к стене холодной воды, называемой «северной стеной». Ежемесячные карты пути северной стены Гольфстрима были доступны с поверхности, самолетов и спутниковых наблюдений с 1966 года, и они использовались в нескольких исследованиях изменчивости пути.
В 1980 году Тейлор и Стивенс[2] [1] построили меру широты течения, индекс северной стены Гольфстрима (GSNW), путем извлечения и анализа временных рядов широты на шести долготах между 79° з. д. и 65° з. д., ряд данных, который продолжается и по сей день. [2] Были и другие последующие исследования. В 1994 году Дринкуотер и др. исследовали широту северной стены с 1970-х по 1992 год на каждом градусе долготы от 50 до 75° з. д., [3] а Миллер проанализировал положение северной стены на суше/вдали от берега на 10 поперечно- изобатных разрезах, равномерно распределенных между 75 и 80° з. д. с 1976 по 1988 год. [4] Гангопадхай и др. вывели десятилетний временной ряд широты разделения Гольфстрима с 1970-х по 1980-е годы. [5] Применив эмпирический ортогональный функциональный анализ к температурам на глубине 200 метров, Джойс и др. в 2001 году построили аналогичный индекс индексу GSNW, простирающийся до 1950-х годов. [6]
Ежемесячные карты Гольфстрима публиковались Военно-морским океанографическим управлением США в «Ежемесячном обзоре Гольфстрима» с 1966 по 1974 год, а также Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США в «Гольфстриме» с 1975 по 1980 год и «Ежемесячном обзоре Гольфстрима» с 1981 по 1994 год. Более поздние карты были получены от ВМС США. Каждая карта дает моментальный снимок пути течения в конце месяца. Ежемесячные карты были проанализированы с помощью процедуры, описанной в Taylor. [7] [8]
Широта северной стены считывалась с каждой карты на каждой из шести долгот: 79, 75, 72, 70, 67 и 65° з.д. Затем использовался анализ главных компонент [9] для поиска закономерности изменения, общей для шести долгот. Это предпочтительнее простого усреднения шести оценок широты, которое подчеркнуло бы восточные долготы, где движения с севера на юг являются наибольшими, и, возможно, скрыло бы меньшие, но когерентные сдвиги с севера на юг дальше на запад. Коэффициенты корреляции вычисляются между шестью временными рядами, а главные компоненты являются собственными векторами результирующей корреляционной матрицы. (Эмпирический ортогональный функциональный анализ вместо этого исходит из матрицы дисперсии-ковариации, которая снова смещена в сторону восточных долгот.)
Каждый главный компонент рассчитывается как средневзвешенное значение стандартизированного ряда широт с использованием весов, которые могут быть выражены как коэффициенты корреляции между компонентами и исходным рядом. Первый главный компонент положения северной стены имеет положительные коэффициенты корреляции около 0,5 с широтой северной стены на каждой из шести долгот от 79°W до 65°W соответственно и, следовательно, представляет смещения всего этого участка Гольфстрима. Сезонные изменения положения относительно невелики, и поэтому этот главный компонент практически неотличим от того, который получается, если заранее удалить годовой цикл.
Поскольку каждый ежемесячный график показывает путь течения в один конкретный день, ежемесячные положения сильно зависят от краткосрочного извилистого течения. Только годовые значения индекса, которые усредняют эту изменчивость, могут быть осмысленно использованы для изучения долгосрочных изменений. [10]
Карри и др . [11] использовали разницу аномалий потенциальной энергии между морем Лабрадор и Бермудскими островами в качестве меры переноса системы Гольфстрима. Карри и Маккартни [12] указали, что их индекс хорошо коррелирует с широтой северной стены. Таким образом, индекс GSNW является мерой изменений в крупномасштабных океанических течениях .
Широта северной стены в любой год, как описано в индексе GSNW, является запаздывающей реакцией на атмосферные изменения над северной частью Атлантического океана, и особенно на Североатлантическое колебание (NAO). Гангопадхай и др . [13] обнаружили, что точка отделения Гольфстрима от побережья США определялась ветровыми моделями через океан двумя или тремя годами ранее, что они приписали прохождению волн Россби через океан. Было замечено, что индекс GSNW следует за Североатлантическим колебанием с задержкой в два года [14] [15] , что согласуется с [16] (но Джойс и др . [17] сообщили о более короткой задержке). Хамид и Пионтковски показали, что индекс, по-видимому, наиболее чувствителен к исландскому минимуму. [18] Тейлор и Гангопадхай [19] использовали простую модель, разработанную Берингером, Регье и Стоммелем [20], чтобы предсказать широту Гольфстрима на основе САК (см. рис. 1). Эта модель также была протестирована с использованием данных из сопряженной модели океана и атмосферы. [21] Широта Гольфстрима также зависит от Эль-Ниньо-Южного колебания в экваториальной части Тихого океана. [22] Сильвер и др. объединили ветровую нагрузку и плавучесть в схеме прогноза. [23]
Широта северной стены была связана через атмосферную циркуляцию с различными изменениями на другой стороне северной части Атлантического океана [17], [19], [20], [24] [25] и. [26] Непрерывное исследование планктона , которое в настоящее время проводится Фондом сэра Алистера Харди по науке об океане в Плимуте, Великобритания, отслеживало планктон в поверхностных водах Северного моря и северо-восточной части Атлантического океана более полувека. На протяжении большей части этого времени многие виды зоопланктона в этих регионах перемещались вверх и вниз в изобилии, поскольку Гольфстрим смещался на север или юг, [27] [28] [29] и, [30] эта связь была наиболее четко видна в изобилии веслоногих рачков . Связь с течением также была отмечена в зоопланктоне у побережья Нортумберленда в Великобритании, изученном Морской лабораторией Dove Ньюкаслского университета . [31] Взаимодействия между отдельными компонентами экосистемы, по-видимому, выводят сигнал, слабо выраженный во всех метеорологических переменных. Этот процесс был воспроизведен с использованием модели экосистемы . [32] В дальнейшем индекс GSNW использовался для прогнозирования температур в Баренцевом море . [33]
Этот эффект также наблюдался в неморских экосистемах. Численность дафний в двух озерах английского Озерного края , Уиндермир и Эстуэйт-Уотер , по наблюдениям, снижалась, когда Гольфстрим направлялся на север (и увеличивалась, когда он направлялся на юг). [34] [35] Это обратная морская зависимость, разница, которую можно объяснить влиянием времени и интенсивности термической стратификации озера на сезонную динамику зоопланктона. [36] Связь термической стратификации с индексом GSNW была воспроизведена в модели. [37] Дженнингс и Аллотт сообщили о положительной связи между зимними концентрациями нитратов в двух озерах на юго-западе Ирландии и широтным положением Гольфстрима предыдущей весной. [38] Связь на большом расстоянии с положением Гольфстрима также была отмечена в длительной серии наблюдений за дикими растениями вдоль обочины дороги в английском Котсуолде . [39]
