Flujos, tendencias y cambios decenales en la zona subtropical del Atlántico norte

Abstract

Para estudiar los flujos, tendencias y cambios decenales en algunas características de las masas de agua, se han analizado tres campañas hechas sobre la misma sección a lo largo del paralelo 24,5º N, en la zona central del giro subtropical del Atlántico norte. La sección sobre los 24,5º N tiene una importante significación en los estudios climáticos puesto que se ha cubierto en tres ocasiones, durante el Año Geofísico Internacional de 1957, en 1981 y finalmente en 1992 denominada sección A-5 del Experimento de Circulación Oceánica Global (WOCE). La comparación de las temperaturas entre las tres campañas muestra que las aguas entre 700 y 2500 m se han calentado significativamente entre 1957 y 1992 y que este calentamiento desde 1957 es peculiarmente uniforme a lo largo de toda la extensión de la sección. El máximo calentamiento ocurre a 1000 m y es de 0,28±0,05º C. En la termoclina principal ha habido un incremento continuado de salinidad desde 1957 a 1992. En aguas intermedias, entre 800 y 1500 m, también se incrementa la salinidad entre 1981 y 1992, 0,025 a profundidad, temperatura potencial y superficies de densidad constantes. A través de la columna de agua hasta los 2000 m de profundidad la temperatura y la salinidad se han incrementado en todo lo largo de la sección en superficies de densidad constante. Por debajo de los 2000 m aparece un ligero enfriamiento y una disminución de la salinidad en las superficies de densidad constante. Los cambios decenales en temperatura y salinidad entre 1981 y 1992 se han separado en una componente debido al movimiento vertical de las isopicnas y otra debido a los cambios de temperatura y salinidad de las isopicnas. El notable calentamiento interior, a presión constante, es debido a ambos procesos: entre 1957 y 1981 se debió principalmente al movimiento de las isopicnas, de unos 50 db hacia el fondo, y entre 1981 y 1992, se debió a cambios en las características de las masas de agua. Aunque se ha detectado cambios en la temperatura y la salinidad, los campos de velocidad y el transporte meridional, promediado zonalmente, presentan gran similitud a escalas grandes. El transporte de calor, calculado siguiendo la misma metodología para las tres campañas, se mantiene invariable dentro de la incertidumbre de las medidas, a pesar de los cambios que se han producido en temperatura, salinidad y masas de agua. El transporte de agua en dirección sur a través de la sección a 24,5º N es de -1,23 Sv. La mayor contribución al flujo de calor hacia el Polo es la baroclínica, es decir el flujo de agua cálida hacia el norte en capas someras y su retorno hacia el sur, más fría, en capas profundas. La circulación horizontal, en la que aguas someras con bajo contenido de oxígeno fluyen hacia el norte, por los estrechos de 13 Florida y el borde occidental, y aguas con mayor contenido fluyen hacia el sur en la parte central y oriental de la sección, es la mayor contribución al transporte neto de oxígeno hacia el sur. El principal mecanismo del transporte de sales nutritivas es el transporte baroclínico, debido a un agua superficial con baja concentración de elementos nutritivos, fluyendo hacia el norte y la circulación de retorno hacia el sur con altas concentraciones. Con el fin de ajustar el balance global de silicato, es preciso cambiar los niveles de referencia de las velocidades geostróficas que se establecieron para el cálculo de la circulación oceánica. El balance de transportes obtenido en la cuenca del Atlántico norte a través de la sección en 24,5º N es el siguiente: un flujo de calor de 1,47 ± 0,40 PW de los cuales 0,14 PW se deben al efecto estacional, de sal -26,2 ± 11,5 ˟ 10˄6 kg s˄-1, de oxígeno - 2760 ± 530 kmol s˄-1, de silicato -125 ± 250 kmol s˄-1, de nitrato -87 ± 120 kmol s˄-1 y de fosfato -10,3 ± 7,6 kmol s˄-1.

Three transatlantic hydrographic sections across 24.5º N, the centre of the subtropical gyre of the North Atlantic Ocean, are analysed for fluxes, trends and decadal changes. The 24.5º N section is well suited for studies of climate change because it has been surveyed three times, during the International Geophysical Year of 1957, during 1981 and in 1992 as the WOCE A-5 section. Comparison of temperature from the three cruises show that the waters between 700 and 2500 m depth have consistently warmed over those 35 years and that the warming since 1957 is remarkably uniform across the zonal extend of the North Atlantic. The zonal mean maximum warming amounts to 0.28±0.05º C and occurs at 1000 m depth. In the main thermocline, there has been a steady increase in salinity from 1957 to 1981 and 1992. In the intermediate waters between 800 and 1500 m salinity has also increased from 1981 to 1992 by 0.025 on constant depth, constant potential temperature and constant density surfaces. Throughout the water column down to 2000 m and across the zonal section, salinity and temperature have broadly increased on density surfaces. Below 2000 m, there has been slight cooling and freshening on isopycnal surfaces since 1981. Decadal changes in temperature and salinity from 1981 to 1992 have been separated into a component due to vertical motion of the isopycnals and a component due to the changes in temperature and salinity on isopycnals. The remarkable interior warming at constant depth is due to both processes, from 1957 to 1981 mainly to downward displacement of isopycnals by about 50 db and from 1981 to 1992 mainly to changes in water masses characteristics. Since 1981 the continued cooling of deep water has been due to changes in water mass characteristics. Even though the temperature and salinity have changed, the three cruises exhibit similar features in the large-scale velocity fields and similar zonally averaged meridional transport. Ocean heat transport performed by similar calculations on the three cruises are indistinguishable. Total southward freshwater transport through the 24.5º N section accounts for -1.23 Sv. The different components of the fluxes, Ekman and its barotropic compensation, baroclinic and horizontal, have been evaluated for the fluxes of heat, salt, oxygen and nutrients. The baroclinic contribution due to overturning circulation is responsible for the largest amount of poleward heat transport, with warmer waters flowing poleward and cooler deep water flowing equatorward. The barotropic flow associated to the Bering Straits, net precipitation and Ekman transport is the main component in the salt transport. Horizontal transport is the main contribution to southward oxygen flux, and the large scale gyre circulation is responsible for this. In the case of nutrients, baroclinic transport due to overturning circulation is the main factor for the southward transport of all nutrients. Consideration of the physical mechanisms of silica transport at 24.5º N in the North Atlantic in conjunction with the silica budget of the Atlantic Ocean basin requires small modifications of the geostrophic reference levels. Finally, the heat transport through the 24.5º N section is calculated to be 1.47 ± 0.40 PW, about 0.14 PW could be considered due to the seasonal effect, salt transport including Bering Straits and net precipitation -26.2 ± 11.5 ˟ 10˄6 kg s˄-1, oxygen transport -2760 ± 530 kmol s˄-1, silica transport -125 ± 250 kmol s˄-1, nitrate transport -87 ± 120 kmol s˄-1 and phosphate transport of -10.3 ± 7.6 kmol s˄-1.