Kuroshio nuvarande intrång

Kuroshio -strömmen är en norrut strömmande västra gränsström (WBC) i Stilla havet. Det är en bifurkationsarm av den norra ekvatorialströmmen och består av vatten i nordvästra Stilla havet. Den andra armen är den söderut flödande Mindanao-strömmen . Kuroshio-strömmen flyter längs den östra filippinska kusten, upp till 13,7 Sv... av den läcker ut i Luzonsundet - gapet mellan Filippinerna och Taiwan - innan den fortsätter längs den japanska kusten. En del av det läckta vattnet lyckas tränga in i Sydkinesiska havet (SCS). Detta påverkar värme- och saltbudgetarna och cirkulations- och virvelgenereringsmekanismerna i SCS. Det finns olika teorier om möjliga intrångsvägar och vilka mekanismer som initierar dem.

Fördelning av den nordliga ekvatorialströmmen (NEC) i strömmarna Kuroshio och Mindanao. Det anticykloniska gyret i Sydkinesiska havet är svagare än de (sub)tropiska gyren.

Intrångsvägar

Looping bana inträngning av Kuroshio vatten i Sydkinesiska havet (SCS). Kuroshio-flödet modifieras så att det bildar en cyklon i Luzonsundet från vilken virvelströmmar kan falla och tränga längre in i SCS.

Läckande väg inträngning av Kuroshio-vatten i Sydkinesiska havet (SCS). En del vatten lossnar från Kuroshio-flödet och tränger in i Luzonsundet för att nå SCS.

Springande stig inträngning av Kuroshio-vatten i Sydkinesiska havet. Anticyklonhjulet är betydligt svagare till följd av intrånget.

Från satellitdata, Nan, et al. (2011) drog slutsatsen att det finns tre intrångsvägar för Kuroshio-strömmen i SCS.

En norrgående WBC (som Kuroshio-strömmen) kan deformeras vid ett gap i en västlig gräns och bilda en anticyklonströmslinga om gapet är tillräckligt stort. Detta resulterar i en slingrig bana , där vattnet från Kuroshio rinner genom mitten av Luzonsundet in i SCS och ut i norra sundet. Strömslingan i SCS bildas på grund av Ekman-transporten till följd av nordostliga vindar som driver Kuroshios ytvatten västerut. Anticyklonvirvlar kan spridas från strömslingan och tränga längre in i SCS, vilket har observerats av Li (1997)

Under vinterns monsunsäsong förstärks Kuroshios intrång. Vindar blåser i nordvästlig riktning och pressar därigenom Kuroshio ytvatten in i Luzonsundet. Detta kan resultera i en anticyklonisk böjning av Kuroshio-flödet in i Luzonsundet, varifrån en gren lossnar i SCS. En cyklonisk gyre bildas nordväst om Luzonsundet som ett resultat av denna läckande bana . Denna teori är baserad på observationer av DZ Qiu, et al. (1984) från flottörer men på senare tid har ingen sådan gren observerats

Kuroshio kan också ta en hoppande väg över Luzonsundet och in i SCS. Detta ses som en förstärkning av Luzon Cyclonic Gyre väster om sundet medan Kuroshio fortsätter norrut längs den östra taiwanesiska kusten. Det anticykloniska gyret som normalt finns i SCS försvagas avsevärt som ett resultat.

Intrångsmekanismer

Vindkraft

Luzonsundet och SCS upplever säsongsmässigt vändande monsunvindar; dessa är sydväst och starkare under den boreala vintern och nordost och svagare under den boreala sommaren. Detta resulterar i negativ vinddriven Ekman-transport på vintern, vilket förstärker Kuroshio-intrånget och positiva transporter under den boreala sommaren, försvagar intrånget. Vinddrivna Ekman-transporter skulle därför kunna bidra till flödet västerut genom Luzonsundet och därmed till Kuroshio-läckage in i SCS. Forskning har dock visat att mindre än 10 % av transporterna i Luzonsundet beror på rent vinddrivet Ekmanflöde. Ändå påverkar vinddriven Ekman-drift fortfarande inflödesvinkeln och hastigheten på Kuroshio-intrånget

Tryckgradient mellan bassängerna

En ansamling av vatten har observerats på Stillahavssidan av Luzonsundet av YT Song (2006), vilket resulterar i en tryckgradient över sundet. Detta kan initiera en böjning av Kuroshio-strömmen in i Luzonsundet, vilket kan resultera i eventuellt läckage.

Satellitdata visar en minskande trend i Kuroshios intrångsstyrka över tid, vilket korrelerar med en minskning av tryckgradienten över Luzonsundet, vilket stöder denna teori. Den exakta mekanismen för en tryckgradient-inducerad intrång är dock ännu inte helt klarlagd.

Den föreslagna ekvationen som beskriver transporten $Q$ mellan SCS och Stilla havets bassänger är baserad på en tvålagers havsmodell.

$Q={\begin{cases}{\frac {g}{f}}H_{1}\Delta \eta +{\frac {H_{2}}{2f}}g'\Delta h,&{\text {if }}R<W_{0}\\{\frac {g}{f}}H_{1}\Delta \eta +\kappa \left({\frac {2}{3}}\right)^ {3/2}H_{2}W_{0}{\sqrt {g'\Delta h}},&{\text{annars}}\end{cases}}$

Det beror på yt- och bottenskiktsdjupen $H_{1}$ respektive $H_{2}$ , havsytans höjdskillnad mellan de två bassängerna $\Delta \eta$ och höjdskillnaden för skiktgränssnittet mellan de två bassängerna $\Delta h$ . Rossbys deformationsradie $R={\frac {\sqrt {2g'\Delta h}}{f}}$ använder den reducerade gravitationen ${\ displaystyle g'={\frac {g\Delta \rho }{\rho _{0}}}}$ , $\kappa =\pm (\Delta p_{b }-\Delta \eta )$ bestämmer riktningen för tryckgradienten och $W_{0}$ är sundets bredd.

Enligt denna mekanism beskriver $H_{1}\Delta \eta$ transporten i det övre lagret av Luzonsundet, som domineras av geostrofisk balans. Denna modell har några nackdelar: den delar bara havet i två lager vilket minskar noggrannheten, och modellens resultat beror starkt på avgränsningen av SCS och Stilla havets bassänger....

Betaeffekt och hysteres

Betaeffekten beskriver ändringen av Coriolis-parametern $displaystyle f}$ \ med latitud. Denna effekt kommer att få en WBC som Kuroshio-strömmen att tränga in i ett meridionalgap. Intrånget kan då antingen penetrera gapet eller hoppa över det och fortsätta sitt flöde på andra sidan. Vilken flödesväg som inträffar beror på förhållandet mellan flödeströghet (vilket uppmuntrar hoppning) och betaeffekt (vilket uppmuntrar penetrering). Det kan också ske en övergång mellan flödestillstånd då detta förhållande ändras. Två olika flödestillstånd kan uppstå från samma externa krafter beroende på det tidigare flödestillståndet; det finns hysteres i systemet

Potentiell Vorticity Conservation

Forskning av Nan, et al. (2011) föreslår att under Kuroshios intrång i SCS potentiell virvelkraft bevaras över Luzonsundet. Detta innebär att intrång måste ske i form av strömslingor eller ringar som roterar antingen cykloniskt eller anticykloniskt beroende på den potentiella virvelbalansen. Ekvationen som beskriver denna rörelse är för ett friktionsfritt betaplan i ett stabilt tillstånd med reducerad gravitation.

${\frac {d\theta }{dy}}\sin {\theta }=-{\frac {\beta }{\nu _{c}}}+{\frac {\ nu _{c0}}{\nu _{c}}}{\frac {d\theta }{dy}}{\bigg |}_{y=0}\sin {\theta _{0}}$

Här är $\nu _{c}$ flödeshastigheten vid den aktuella kärnan och $\theta$ är vinkeln mellan hastighetsvektorn och den positiva $x$ -axeln. Lägg märke till att modellen är beroende av inflödeshastigheten $\nu _{c0}$ och vinkeln $\theta _{0}$ . Denna teori är dock baserad på antagandet om ett stabilt tillstånd, vilket inte är realistiskt eftersom Kuroshio-intrångsprocessen är instabil.

Eddy aktivitet

Det finns många virvlar nära Luzon-Taiwan-kusten, särskilt öster om Kuroshio-axeln. De flesta virvlar fortplantar sig västerut med en medelhastighet på 7,2 cm/s och böjs av på grund av Kuroshio-strömmen. Detta kan vara en källa till Kuroshios intrång i SCS. Men få virvlar från Stilla havet kan fortplanta sig in i Luzonsundet, eftersom det är blockerat av Kuroshio-strömmen. Mesoskaliga virvlar kan påverka styrkan hos Kuroshio och dess inflödesvinkel vid Luzonsundet genom att ändra det lokala bakgrundsflödet. Dessutom korrelerar säsongsvariationer i virvelstyrka och frekvens med säsongsvariationer i Kuroshio-intrång och transporter i Luzonsundet, vilket tyder på att de två ändå skulle kunna kopplas samman.

Effekterna av Kuroshio Intrusion

Vattnet som tränger in i norra SCS från Kuroshioströmmen är relativt näringsrikt. Därför berikar det lagrar av löst organiskt material och förbättrar ammoniakoxidationen i SCS. Bakterier och växtplankton använder dessa resurser för att växa och stödja sina biogeokemiska aktiviteter. Mikrozooplankton påverkas särskilt av tillflödet av näringsämnen eftersom de har begränsade transportmekanismer jämfört med djurplankton

Kuroshios strömintrång har oxiderat och ökat salthalten i den sedimentära miljön nordväst om Luzon Island i SCS. Intrånget transporterar sediment med höga illit- och kloritkoncentrationer från runt Taiwan sydväst in i djuphavsmiljön. Pearl River sediment, höga koncentrationer av kaolinit och titan , transporteras också sydväst av intrånget