[논문 리뷰] Seasonal Evolution of Mixed Layers in the Red Sea and the Relative Contribution of Atmospheric Buoyancy and Momentum Forcing

George Krokos, I. Cerovečki외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 16.

Oceanographic and Atmospheric Processes인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 2001–2015년 기간 동안 레드시아의 계절적 및 공간적 혼합층(Mixed Layers, MLs)의 변화를 분석하기 위해 고해상도(1 km) 해양 모델을 사용하며, 지역 대기 재분석(5 km)으로 강제화한다. 대기 중 부력력에 의한 강제화, 특히 표면 열역학력이 혼합층 깊이의 변동성에 지배적인 것으로 밝혀졌으며, 특히 남부 아카바만의 북부 지역과 서쪽 북부 레드시아에서 가장 깊은 혼합이 발생한다. 반면 바람에 의한 강제화는 지형에 의해 통로가 형성된 지역, 예를 들어 바브알만드 에스트레이트와 토카르 제트의 경우 현저한 국지적 영향을 미친다.

ABSTRACT

The seasonal and spatial evolution of mixed layers (MLs) in the Red Sea (RS) is analyzed for the 2001-2015 period using the results of a high resolution (~1km horizontal, 50 vertical layers) ocean circulation model forced by a novel regional high resolution (5 km) atmospheric reanalysis dataset. The simulation reproduces the main features of the near-surface stratification, as described by the available observations. The seasonal evolution of the modeled mixed layer depths (MLDs) in the RS is predominantly driven by atmospheric buoyancy forcing, especially its heat flux component. Everywhere in the basin the model MLs are deepest in January and February. The deepest MLDs develop in the northern parts of the Gulf of Aqaba and in the western parts of the north RS. The MLDs gradually shoal towards the south, reflecting the meridional gradient of wintertime surface buoyancy loss. In spring and summer, the surface ocean heat gain increases the stratification and the MLs are becoming shallow everywhere in the basin. During this season wind may have a significant local impact on the MLD. Particularly important are strong winds channeled by topography, such as in the vicinity of the Strait of Bab-Al-Mandeb and the straits connecting the two gulfs in the north, and lateral jets blowing through mountain gaps, such as the Tokar jet in the central RS. The MLD distribution further suggests influence by the general and mesoscale circulation. The complex patterns of air-sea buoyancy flux, wind forcing, and the thermohaline and mesoscale circulation, are all strongly imprinted on the MLD distribution.

연구 동기 및 목표

• 2001–2015년 기간 동안 레드시아의 혼합층 깊이(Mixed Layer Depths, MLDs)의 계절적 및 공간적 변동성을 이해하기 위해.
• 혼합층 깊이(MLD) 변화에 기여하는 대기 중 부력력(열역학력)과 운동력(바람 스트레스)의 상대 기여도를 정량화하기 위해.
• 중규모 및 열염순환의 역할이 MLD 패턴 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 모델이 관측된 근표면층 분포 특성을 얼마나 잘 재현하는지 평가하기 위해.
• 전반적으로 부력력이 지배하고 있음에도 불구하고 바람 강제화가 국지적으로 중요한 영향을 미치는 지역을 특정하기 위해.

제안 방법

• 1 km 수평 해상도와 50개의 수직 층을 가진 고해상도 해양순환 모델을 사용하였다.
• 5 km 수평 해상도를 가진 새로운 지역 대기 재분석 데이터셋으로 해양 모델을 강제화하였다.
• 대기 중 부력력(감열 및 감응열역학력)과 바람 스트레스를 주요 대기 강제성 구성요소로 사용하였다.
• 2001–2015년 기간을 시뮬레이션하여 MLD의 계절적 및 연간 변동성을 포괄적으로 분석하였다.
• 근표면층 분포에 대한 가용 관측 데이터와 모델 출력 결과를 비교 검증하였다.
• 부력력과 바람 강제화의 기여도를 분리하기 위해 MLD의 공간적 및 시간적 패턴을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2001년에서 2015년 사이에 레드시아의 혼합층 깊이(Mixed Layer Depths, MLDs)는 계절적 및 공간적으로 어떻게 변화하는가?
• RQ2 표면 열역학력이 바람 스트레스에 비해 MLD 변동성에 얼마나 큰 기여를 하는가?
• RQ3 부력력이 지배하고 있음에도 불구하고 바람 강제화가 국지적으로 중요한 영향을 미치는 지역은 어디인가?
• RQ4 지형적 특징, 예를 들어 해협과 산간 틈새가 레드시아의 바람에 의한 혼합에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 중규모 및 열염순환 패턴이 관측된 MLD 분포에 얼마나 깊이 각인되어 있는가?

주요 결과

• 레드시아의 혼합층 깊이(Mixed Layer Depths, MLDs)는 1월과 2월에 가장 깊으며, 최대 깊이는 북부 아카바만과 북부 레드시아의 서부 지역에서 관찰된다.
• 겨울철 표면 부력 손실의 위도 기반 기울기가 남부 레드시아로 갈수록 점차 얕아지는 MLD의 경향을 설명한다.
• 봄과 여름에는 표면 열수확 증가로 인해 정착도가 증가하여 전체 분지에 걸쳐 MLD가 얕아진다.
• 지형에 의해 통로가 형성된 지역, 예를 들어 바브알만드 해협과 북부 만을 연결하는 해협에서는 바람 강제화가 MLD에 현저한 국지적 영향을 미친다.
• 중앙 레드시아의 토카르 제트와 같은 횡단 바람 제트는 국소적 깊이 증가 또는 MLD 조절에 기여한다.
• 모델는 관측된 근표면층 분포 패턴을 정확히 재현하여, MLD 역학 분석에 있어 모델의 신뢰성을 검증한다.