[논문 리뷰] Intrinsically episodic Antarctic shelf intrusions of circumpolar deep water via canyons

Ellie Q. Y. Ong, Edward Doddridge외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 26.

Cryospheric studies and observationsEarth and Planetary Sciences인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 등밀도 모델을 이용해 동남극 대륙붕으로의 따뜻한 원형심해수의 침입이 외부 시간적 외력 없이도 내부 피드백 메커니즘에 의해 발생하는 본질적인 비정기적 폭발적 사건임을 입증한다. 바람 에너지와 남극경사류 내의 난류 생성 간의 내부 피드백에 의해 유도되며, 특히 좁은 심해협곡은 넓은 협곡보다 더 비정규적인 수평 이송을 보여 협곡 기하학이 비정기적 침입을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 따뜻한 원형심해수가 동남극 대륙붕으로 비정기적으로 침입하는 메커니즘을 규명하는 것.
• 외부 시간적 외력이 없더라도 이러한 침입이 내재된 동역학에 의해 발생할 수 있는지 확인하는 것.
• 협곡 너비가 수평 이송의 변동성과 크기에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 난류 생성과 바람 에너지 피드백이 비정기적 수평 이동을 어떻게 이끄는지 명확히 하는 것.
• 향후 관측 및 모델링 연구를 위한 동남극 지역 해양표류 역학에 대한 이해를 향상시키는 것.

제안 방법

• 동남극 지역의 동역학 및 지형을 모의하기 위해 이상화된 난류 해상도가 있는 등밀도 해양 모델을 설정한다.
• 모델은 남극경사류와 대륙붕 경사면의 해저협곡 간의 상호작용을 재현한다.
• 계속되는 외부 강제를 통해 시스템 내의 내재된 변동성을 분리해내기 위해 시뮬레이션을 수행한다.
• 비정기적 침입의 원인을 규명하기 위해 바람 에너지 입력과 난류 생성 간의 에너지 피드백 및 난류 활동을 분석한다.
• 다양한 너비의 협곡을 통한 수평 이송을 정량화하여 기하학적 제어가 침입 패턴에 미치는 영향을 평가한다.
• 모델은 따뜻한 수온 유량을 추적하고 난류 활동과 관련된 비정기적 해안 방향 유동 사건을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 시간적 외력이 없더라도 남극 대륙붕으로의 따뜻한 수온 침입이 비정기적으로 발생할 수 있는가?
• RQ2 난류 생성과 바람 에너지 피드백은 비정기적 수평 이송을 어떻게 이끄는가?
• RQ3 협곡 너비는 따뜻한 수온 침입 사건의 비정규성과 크기에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 비정기성은 외부 강제가 아니라 경사류 시스템 내부에서 기인하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 남극경사류 내부의 동역학은 어떻게 해저협곡을 통해 갑작스럽고 간헐적인 해안 방향 유동을 유도하는가?

주요 결과

• 일관된 외부 강제 조건 하에서도 해저협곡을 통해 따뜻한 수온의 침입은 고립된 비정기적 폭발적 사건으로 발생함을 입증하며, 이는 시스템 내부의 내재된 변동성을 보여준다.
• 남극경사류 내에서 생성된 난류가 비정기적 해안 방향 유동의 주요 원동력이며, 바람 에너지 입력과 난류 활동 간의 피드백 메커니즘이 이러한 사건을 지속시킨다.
• 좁은 협곡은 넓은 협곡보다 더 비정규적이고 예측 불가능한 수평 이송을 보이며, 이는 침입 역학에 대한 기하학적 제어의 강도를 시사한다.
• 침입의 비정기성은 외부 강제 때문이 아니라 경사류 시스템 내부의 내재된 불안정성과 피드백 메커니즘에 기인한다.
• 이러한 발견은 난류에 의해 유도되는 수평 이송이 남극 대륙붕 표류의 핵심적 특성임을 시사하며, 특히 해저협곡이 있는 지역에서 더욱 그렇다.
• 향후 모델링 및 관측 연구에서 빙하 식은 속도와 해수면 상승 기여도를 정확히 평가하기 위해서는 이러한 내재적 비정기성을 반드시 고려해야 한다.