[論文レビュー] Intrinsically episodic Antarctic shelf intrusions of circumpolar deep water via canyons

Ellie Q. Y. Ong, Edward Doddridge+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2023

Cryospheric studies and observationsEarth and Planetary Sciences被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、渦分解能を持つ等エピカルスモデルを用いて、東南極大陸棚への温暖な南総深海水の海底渓谷を介した侵入が、外部の時間的強制がない状況でも、風エネルギーと南極斜面海流内での渦生成の内部フィードバックによって引き起こされる、一時的で断続的なバーストとして生じることを示した。狭窄した渓谷は、幅広いものよりもより不規則な跨棚輸送を示し、これは渓谷の幾何学的形状が断続的侵入を調節する役割を果たしていることを強調している。

ABSTRACT

The structure of the Antarctic Slope Current at the continental shelf is crucial in governing the poleward transport of warm water. Canyons on the continental slope may provide a pathway for warm water to cross the slope current and intrude onto the continental shelf underneath ice shelves, which can increase rates of ice shelf melting, leading to reduced buttressing of ice shelves, accelerating glacial flow and hence increased sea level rise. Observations and modelling studies of the Antarctic Slope Current and cross-shelf warm water intrusions are limited, particularly in the East Antarctica region. To explore this topic, an idealised configuration of the Antarctic Slope Current is developed, using an eddy-resolving isopycnal model that emulates the dynamics and topography of the East Antarctic sector. Warm water intrusions via canyons are found to occur in discrete episodes of large onshore flow induced by eddies, even in the absence of any temporal variability in external forcings, demonstrating the intrinsic nature of these intrusions to the slope current system. Canyon width is found to play a key role in modulating cross-shelf exchanges; warm water transport through narrower canyons is more irregular than transport through wider canyons. The intrinsically episodic cross-shelf transport is found to be driven by feedbacks between wind energy input and eddy generation in the Antarctic Slope Current. Improved understanding of the intrinsic variability of warm water intrusions can help guide future observational and modelling studies in the analysis of eddy impacts on Antarctic shelf circulation.

研究の動機と目的

• 東南極大陸棚への断続的な温暖南総深海水の侵入の背後にあるメカニズムを調査すること。
• このような侵入が、外部の時間的強制がなくても、内部ダイナミクスによって内在的に生じうるかどうかを特定すること。
• 渓谷幅が跨棚温暖水輸送の変動性および大きさに与える影響を評価すること。
• 渦生成と風エネルギーのフィードバックが断続的跨棚交換をどのように駆動するかを明確にすること。
• 今後の観測およびモデル研究の指針となるように、東南極における大陸棚循環ダイナミクスの理解を深めること。

提案手法

• 東南極地域の力学的および地形的特性を模擬する、理想化された渦分解能を持つ等エピカルス海洋モデルを設定した。
• モデルは南極斜面海流およびその大陸棚斜面における海底渓谷との相互作用を再現した。
• システム内の内在的変動を隔離するために、一定の外部強制のもとでシミュレーションを実施した。
• 断続的侵入の駆動要因を特定するために、渦活動および風入力と渦生成の間のエネルギーフィードバックを分析した。
• 侵入パターンに及ぼす幾何的制御を評価するために、幅の異なる渓谷を通じた跨棚輸送を定量化した。
• モデルは温暖水フラックスを追跡し、渦活動に関連する断続的な岸上流れのイベントを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部の時間的強制がまったくない状況でも、南極大陸棚への温暖水の侵入が断続的におこるのか？
• RQ2 渦生成と風エネルギーのフィードバックが断続的跨棚輸送をどのように駆動するのか？
• RQ3 渓谷幅が温暖水侵入イベントの不規則性および大きさにどのように影響するのか？
• RQ4 観察された断続性が外部強制ではなく、斜面海流システムの内部に起因するものである程度はどの程度か？
• RQ5 南極斜面海流内の内部ダイナミクスが、海底渓谷を通じた間欠的岸上流れをどのように引き起こすのか？

主な発見

• 一定の外部強制のもとでも、海底渓谷を通じた温暖水の侵入は、断続的で離散的なバーストとして発生し、システムの内在的変動を示している。
• 南極斜面海流内で生成された渦が、断続的岸上流れの主な駆動要因であり、風エネルギー入力と渦活動の間のフィードバックが、これらのバーストを維持している。
• 狭窄した渓谷は、幅広いものよりもより不規則で、予測が難しい跨棚輸送を示し、侵入ダイナミクスに強い幾何的制御が働くことが示された。
• 侵入の断続性は外部強制によるものではなく、斜面海流システム内の内部不安定性およびフィードバック機構に起因する。
• これらの発見は、特に海底渓谷を有する地域において、渦駆動による跨棚交換が南極大陸棚循環の基本的特徴である可能性を示唆している。
• 今後のモデル化および観測研究において、氷棚融解速度および海面上昇への寄与を正確に評価するには、この内在的断続性を考慮に入れる必要がある。