Sekoitettu kerros - Mixed layer
Merellinen tai limnologinen sekoitettu kerros on kerros, jossa aktiivinen turbulenssi on homogenisoinut jonkin verran syvyysaluetta. Pintaseoskerros on kerros, jossa tämä turbulenssi syntyy tuulista, pintalämpövirroista tai prosesseista, kuten haihtumisesta tai merijään muodostumisesta, jotka johtavat suolapitoisuuden lisääntymiseen. Ilmakehän sekoitettu kerros on alue, jolla on lähes vakio potentiaalilämpötila ja ominaiskosteus korkeuden kanssa. Ilmakehän sekoitetun kerroksen syvyys tunnetaan sekoituskorkeudena . Turbulenssilla on tyypillisesti rooli nesteseosten muodostumisessa .
Oceaninen sekoitettu kerros
Sekoitetun kerroksen merkitys
Sekoitetulla kerroksella on tärkeä rooli fyysisessä ilmastossa. Koska meriveden ominaislämpö on paljon suurempi kuin ilman, valtameren 2,5 metriä ylhäällä on yhtä paljon lämpöä kuin koko sen yläpuolella oleva ilmakehä. Näin ollen 2,5 m: n sekoitetun kerroksen muuttamiseksi 1 ° C: lla tarvittava lämpö riittäisi nostamaan ilmakehän lämpötilaa 10 ° C: lla. Sekoitetun kerroksen syvyys on siten erittäin tärkeä valtamerien ja rannikkoalueiden lämpötila-alueen määrittämiseksi. Lisäksi valtameren sekakerrokseen varastoitu lämpö tarjoaa lämmönlähteen, joka ohjaa globaalia vaihtelua, kuten El Niño .
Sekoitettu kerros on myös tärkeä, koska sen syvyys määrää meren eliöiden keskimääräisen valotason. Hyvin syvissä sekoitetuissa kerroksissa pienet merikasvit, jotka tunnetaan kasviplanktonina, eivät pysty saamaan riittävästi valoa aineenvaihdunnansa ylläpitämiseksi. Sekoitetun kerroksen syveneminen talvella Pohjois-Atlantilla liittyy siten pinnan klorofylli a: n voimakkaaseen vähenemiseen. Tämä syvä sekoitus täydentää kuitenkin myös pinnan lähellä olevia ravinnevarastoja. Siten kun sekoitetusta kerroksesta tulee matala keväällä ja valon taso nousee, kasviplanktonin biomassa kasvaa usein, mikä tunnetaan nimellä "kevätkukinta".
Oceaninen sekoitettu kerros
On olemassa kolme ensisijaista energialähdettä myrskyisän sekoittumisen aikaansaamiseksi avoimen valtameren sekoituskerroksessa. Ensimmäinen on valtameren aallot, jotka vaikuttavat kahdella tavalla. Ensimmäinen on turbulenssin muodostuminen lähellä meren pintaa, joka toimii sekoittamalla kevyttä vettä alaspäin. Vaikka tämä prosessi ruiskuttaa paljon energiaa muutamaan ylempään metriin, suurin osa siitä haihtuu suhteellisen nopeasti. Jos valtameren virtaukset vaihtelevat syvyyden mukaan, aallot voivat olla vuorovaikutuksessa niiden kanssa ajamalla prosessia, joka tunnetaan nimellä Langmuir-kierto , suuret pyörteet, jotka sekoittuvat kymmenien metrien syvyyteen. Toinen on tuulivoimainen virta, joka luo kerroksia, joissa on nopeusleikkureita. Kun nämä leikkurit saavuttavat riittävän suuret, ne voivat syödä kerrostuneeksi nesteeksi. Tätä prosessia kuvataan ja mallinnetaan usein esimerkkinä Kelvin-Helmholtzin epävakaudesta , vaikka myös muilla prosesseilla voi olla merkitystä. Lopuksi, jos jäähdytys, suolaliuoksen lisääminen jäätyvästä merijäästä tai haihtuminen pinnalla aiheuttaa pintatiheyden lisääntymisen, tapahtuu konvektio . Syvimmät sekoitetut kerrokset (yli 2000 m alueilla, kuten Labradorin meri ) muodostuvat tämän lopullisen prosessin kautta, joka on eräänlainen Rayleigh-Taylorin epävakaus . Varhaiset mallit sekoitetusta kerroksesta, kuten Mellor ja Durbin, sisälsivät kaksi viimeistä prosessia. Rannikkoalueilla suurilla vuorovesi-nopeuksilla voi myös olla tärkeä rooli sekoitetun kerroksen muodostumisessa.
Sekoitetulle kerrokselle on tunnusomaista, että se on lähes tasainen ominaisuuksiltaan, kuten lämpötila ja suolapitoisuus koko kerroksessa. Nopeuksilla voi kuitenkin olla merkittäviä leikkauksia sekoitetussa kerroksessa. Sekoitetun kerroksen pohjalle on ominaista kaltevuus , jossa veden ominaisuudet muuttuvat. Merentutkijat käyttävät lukumäärän erilaisia määritelmiä sekoitetun kerroksen syvyyteen milloin tahansa, perustuen veden fysikaalisten ominaisuuksien mittauksiin. Usein äkillinen lämpötilan muutos, jota kutsutaan termokliiniksi, tapahtuu sekoitetun kerroksen pohjan merkitsemiseksi; joskus voi tapahtua äkillinen suolapitoisuuden muutos, jota kutsutaan myös halokliiniksi . Lämpötilan ja suolapitoisuuden muutosten yhteisvaikutus johtaa äkilliseen tiheyden muutokseen eli pyknokliiniin . Lisäksi terävät ravinteiden (nutricline) ja hapen (oksikliini) gradientit ja klorofyllikonsentraation maksimiarvot sijaitsevat usein yhdessä kausittaisen sekoitetun kerroksen pohjan kanssa.
Valtameren sekoitetun kerroksen syvyyden määritys
Sekoitetun kerroksen syvyys määritetään usein hydrografialla - mittaamalla veden ominaisuudet. Kaksi kriteeriä usein käytetään määrittämään sekoitetun kerroksen syvyys ovat lämpötila ja sigma- t (tiheys) muutos viitearvon (yleensä pinnan mittaus). Levitusissa (1982) käytetty lämpötilakriteeri määrittelee sekoitetun kerroksen syvyydeksi, jolla lämpötilan muutos pintalämpötilasta on 0,5 ° C. Sigma- t (tiheys) käytetty kriteeri Levitus käyttää syvyyttä, jossa muutos pinnasta sigma- t 0,125 on tapahtunut. Kumpikaan kriteeri ei tarkoita, että aktiivista sekoittumista tapahtuu koko ajan sekoitetun kerroksen syvyydessä. Pikemminkin hydrografiasta arvioitu sekoitetun kerroksen syvyys on mitta syvyydestä, johon sekoittuminen tapahtuu muutaman viikon aikana.
Estekerroksen paksuus
Estekerroksen paksuus (BLT) on vesikerros, joka erottaa hyvin sekoitetun pintakerroksen termokliinistä . Tarkempi määritelmä olisi ero sekoitetun kerroksen syvyyden (MLD) välillä, joka lasketaan lämpötilasta miinus sekoitetun kerroksen syvyys, joka lasketaan tiheyden avulla. Ensimmäinen viittaus tähän eroon estekerroksena oli asiakirjassa, jossa kuvataan havaintoja Länsi-Tyynenmeren alueella osana Länsi-Päiväntasaajan Tyynenmeren verenkiertoa koskevaa tutkimusta. Alueilla, joilla estekerros on läsnä, kerrostuminen on vakaa johtuen voimakkaasta kelluvuudesta, joka liittyy vesipatsaan päälle istuvaan raikkaaseen (eli kelluvampaan) vesimassaan.
Aikaisemmin tyypillinen kriteeri MLD: lle oli syvyys, jolla pintalämpötila jäähtyy jonkin verran lämpötilan muutosta pinta-arvoista. Esimerkiksi Levitus käytti 0,5 ° C. Oikealla olevassa esimerkissä MLD määritetään 0,2 ° C: lla (ts . Kuvassa D T-02 ). Ennen runsaasti pinnan suolapitoisuus saatavilla Argon , tämä oli tärkein laskentamenetelmää valtamerten MLD. Viime aikoina tiheyskriteeriä on käytetty MLD: n määrittelemiseen. Tiheydestä johdettu MLD määritellään syvyydeksi, jossa tiheys kasvaa pinta-arvosta johtuen jonkin arvon (esim. 0,2 ° C) määrätystä lämpötilan laskusta pinta-arvosta pitäen samalla vakiona pinnan suolapitoisuusarvo. (eli D T-02 - D sigma ).
BLT-järjestelmät
Suuret BLT-arvot löytyvät tyypillisesti päiväntasaajan alueilta ja voivat olla jopa 50 m. Yläpuolella sulkukerroksen, hyvin sekoitettua kerros voi johtua paikallinen sademäärä yli haihtuminen (esim läntisen Tyynenmeren), Monsoon liittyvien jokien virtaaman (esim pohjoisilla Intian valtameren), tai advektio suolaista vettä subducted vuonna subtropics (löytyy kaikki subtrooppiset valtamerirenkaat ). Estekerroksen muodostuminen subtrooppisuuteen liittyy sekakerroksen syvyyden kausivaihteluun, merenpinnan suolapitoisuuden terävämpään gradienttiin (SSS) ja normaaliin subduktioon tämän SSS-rintaman läpi. Erityisesti sulkukerros muodostuu talvikaudella subtrooppisen suolapitoisuuden maksimien päiväntasaajan reunaan. Alkutalven aikana ilmakehä jäähdyttää pintaa ja voimakas tuuli ja negatiivinen kelluvuus pakottavat lämpötilan sekoittumaan syvään kerrokseen. Samanaikaisesti tuoreen pinnan suolapitoisuutta suositellaan tropiikin sateisilta alueilta. Syvä lämpötilakerros ja voimakas suolapitoisuuden kerrostuminen antavat olosuhteet estokerroksen muodostumiselle.
Tyynenmeren länsipuolella estekerroksen muodostumismekanismi on erilainen. Päiväntasaajan varrella lämpimän uima-altaan itäreuna (tyypillisesti 28 ° C isotermia - katso SST-käyrä Länsi-Tyynenmeren alueella) on raja-alue länteen lämmin makean veden ja Tyynenmeren keskiosan kylmän, suolaisen, kohonneen veden välillä. Isotermiseen kerrokseen muodostuu estokerros, kun suolaista vettä johdetaan (ts. Tiheämpi vesimassa menee toisen alapuolelle) idästä lämpimään uima-altaaseen paikallisen lähentymisen vuoksi tai lämmin makea vesi ohittaa tiheämmän veden itään. Täällä heikko tuuli, rankkasateet, matalan suolapitoisuuden veden itäpuolinen eteneminen, suolaisen veden subduktio länteen ja ekvatoriaaliset Kelvin- tai Rossby-aallot ovat tekijöitä, jotka edistävät BLT: n syvää muodostumista.
BLT: n merkitys
Ennen El Ninoa lämmin uima-allas varastoi lämpöä ja rajoittuu Tyynenmeren länsipuolelle. El Ninon aikana lämmin uima-allas siirtyy itään yhdessä siihen liittyvien sateiden ja nykyisten poikkeavuuksien kanssa. Nouto on westerlies lisätään tänä aikana, vahvistaa tapahtuman. Käyttämällä mahdollisuuksien aluksen ja trooppisen ilmapiirin - valtameren (TAO) kiinnityspaikkojen tietoja Tyynenmeren länsipuolella lämpimän uima-altaan itä- ja länsi-migraatiota seurattiin vuosina 1992-2000 käyttäen merenpinnan suolapitoisuutta (SSS), merenpinnan lämpötilaa (SST) , virtaukset ja maanalaiset tiedot johtavuudesta, lämpötilasta, syvyydestä eri tutkimusristeilyillä. Tämä työ osoitti, että länteen suuntautuvan virtauksen aikana BLT läntisellä Tyynenmeren alueella päiväntasaajan varrella (138 o E-145 o E, 2 o N-2 o S) oli välillä 18 m - 35 m, mikä vastasi lämmintä SST: tä ja toimi tehokkaana lämmön varastointimekanismi. Estekerroksen muodostumista ohjaavat länteen suuntautuvat virtaukset (ts. Lähentyvät ja subduktoivat) virtaukset päiväntasaajan varrella lähellä lämpimän uima-altaan määrittävän suolapitoisuusrintaman itäreunaa. Näitä länteen suuntautuvia virtauksia ohjaavat alas laskevat Rossby-aallot ja ne edustavat joko BLT: n länteen suuntautuvaa etenemistä tai etusijalla olevan syvemmän termokliinin syventämistä matalampaan halokliiniin nähden Rossbyn aaltodynamiikan vuoksi (eli nämä aallot suosivat ylemmän vesipatsaan pystysuoraa venymistä). El Ninon aikana länsituulet ajavat lämpimän uima-altaan itään, jolloin makea vesi voi ajaa paikallisen kylmemmän / suolaisemman / tiheämmän veden päälle itään. Käyttämällä kytkettyjä, ilmakehän / valtameren malleja ja virittämällä sekoitus BLT: n eliminoimiseksi yhden vuoden ajan ennen El Ninoa, osoitettiin, että estekerrokseen liittyvä lämmön kertyminen on vaatimus suurelle El Ninolle. On osoitettu, että SSS: n ja SST: n välillä on tiukka suhde Länsi-Tyynenmeren alueella ja sulkukerros on tärkeä lämmön ja vauhdin ylläpitämisessä lämpimässä altaassa suolapitoisuuden kerrostuneessa kerroksessa. Myöhemmät työt, mukaan lukien Argo-ajurit, vahvistavat lämmön uima-altaan itään kulkeutumisen El Ninon aikana ja estekerroksen lämmönvarastoinnin välillä Länsi-Tyynenmerellä. Estekerroksen päävaikutus on ylläpitää matalaa sekoitettua kerrosta, mikä mahdollistaa paremman ilman ja meren välisen reaktion. Lisäksi BLT on avaintekijä El Nino / La Niñan aikana häiriintyneen keskimääräisen tilan määrittämisessä
Limnologinen sekoitetun kerroksen muodostuminen
Sekoitetun kerroksen muodostuminen järvelle on samanlaista kuin meressä, mutta sekoittumista esiintyy todennäköisemmin järvissä yksinomaan veden molekyylisten ominaisuuksien vuoksi . Vesi muuttaa tiheyttä lämpötilan muuttuessa. Järvissä lämpötilarakennetta vaikeuttaa se, että makea vesi on voimakkainta 3,98 ° C: ssa (celsiusaste). Siksi järvissä, joissa pinta tulee hyvin kylmäksi, sekoitettu kerros ulottuu keväällä pohjalle lyhyesti pinnan lämmetessä sekä syksyllä, kun pinta jäähtyy. Tämä kaatuminen on usein tärkeää hyvin syvien järvien hapettumisen ylläpitämiseksi.
Limnologian tutkimus kattaa kaikki sisävesimuodot, mukaan lukien vesimuodostumat, joissa on suolaa. Suolaisissa järvissä ja merissä (kuten Kaspianmeri) sekoitettu kerros muodostuu yleensä samalla tavalla kuin valtameri.
Ilmakehän sekoitetun kerroksen muodostuminen
Ilmakehän sekoitettu kerros johtuu konvektiivisista ilmaliikkeistä, tyypillisesti päin päivän keskipäivää, kun ilman pinta lämpenee ja nousee. Rayleigh-Taylorin epävakaus sekoittaa sen . Vakiomenetelmä sekoitetun kerroksen syvyyden määrittämiseksi on tutkia potentiaalisen lämpötilan profiili, lämpötila , joka ilmaan olisi, jos se saatettaisiin pinnan löydettyyn paineeseen saamatta tai menettämättä lämpöä. Koska tällainen paineen nousu edellyttää ilman puristamista, potentiaalilämpötila on korkeampi kuin in-situ-lämpötila, ja ero kasvaa, kun ilmakehässä nousee. Ilmakehän sekoitettu kerros määritellään kerrokseksi, jolla on (suunnilleen) vakiopotentiaalilämpötila, tai kerroksena, jossa lämpötila laskee nopeudella noin 10 ° C / km, edellyttäen että siinä ei ole pilviä. Tällaisessa kerroksessa voi kuitenkin olla kosteuden kaltevuudet. Kuten valtameren sekoitetun kerroksen kohdalla, nopeudet eivät ole vakiona koko ilmakehän sekoitetussa kerroksessa.
Viitteet
- Mellor, GL; Durbin, PA (1975). "Meren pinnan sekoitetun kerroksen rakenne ja dynamiikka" . Journal of Physical Oceanography . 5 (4): 718–728. Raamatun koodi : 1975JPO ..... 5..718M . doi : 10.1175 / 1520-0485 (1975) 005 <0718: TSADOT> 2.0.CO; 2 .
Ulkoiset linkit
- Järvivaikutteinen lumi linkille NASA-kuvaan SeaWiFS-satelliitista, joka näyttää pilvet ilmakehän sekakerroksessa.
- Katso Ifremer / Los Mixed Layer Depth Climatology -sivustolta Redirection saadaksesi pääsyn ajan tasalla olevaan valtameren sekoitetun kerroksen syvyyden ilmastoon, tietoihin, karttoihin ja linkkeihin.
Lisälukemista
- Wallace, John Michael; Hobbs, Peter Victor (2006). Atmospheric Science: Introductionory Survey (2. painos). Akateeminen lehdistö. s. 483. ISBN 9780127329512.
