1 / 32

Kan golfströmmen sjunka? Ett exempel på hur man använder matematik i forskning i oceanografi

Kan golfströmmen sjunka? Ett exempel på hur man använder matematik i forskning i oceanografi. Anna Wåhlin Docent, inst. för Geovetenskaper. Oceanografi = havets fysik. Vad driver havsströmmarna? Vad skulle kunna få dem att ändra sig (klimat)? Vind, solinstrålning + avkylning, regn, ….

damisi
Download Presentation

Kan golfströmmen sjunka? Ett exempel på hur man använder matematik i forskning i oceanografi

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kan golfströmmen sjunka? Ett exempel på hur man använder matematik i forskning i oceanografi Anna Wåhlin Docent, inst. för Geovetenskaper

  2. Oceanografi = havets fysik Vad driver havsströmmarna? Vad skulle kunna få dem att ändra sig (klimat)? Vind, solinstrålning + avkylning, regn, …

  3. Vågor, tsunamis, tidvatten

  4. Värmetransport i havet (stor värmetransport! 10 m hav = hela atmosfären)

  5. Is: Isfrysning, smältning, sönderbrytning av isflak, etc…

  6. Ekmanspiralen: Vindens + jordrotationens inverkan på havet

  7. Ekmanspiral (matematisk lösning): Strömhastigheten norrut Strömhastighet västerut En produkt av exp- och sinus/cosinus. Används fortfarande för att beräkna vinddriven transport etc i havet.

  8. Kan golfströmmen sjunka? Varmt vatten är lätt, salt vatten är tungt.. Kyls av, regnar Varmt, salt

  9. Traditionella sättet att tänka på havscirkulationen - Värms vid ekvatorn, kyls vid polerna (ersätter temp- och salt-drivning med tyngden (densiteten) Avkylning ”Grönland” From Spall, JPO 2004 ”Norden” Ingen rörelse, mycket kallt vatten Sjunker aldrig i bassängen… Avkylning Sjunker! Pga kolliderar med ’golfströmmen’

  10. Varför sjunker det inte? Avkylning ~ THAV - TATM Värmeflux = C*(THAV – TATM) Varmt hav => Snabb avkylning THAV = TATM => Ingen avkylning Vattnet inne i bassängen rör sig inte och är därför alltid kallast

  11. Hur temperaturen ändras: TIN -> TATM, längdskala LT Inflöde (”Skottland”) TIN Utflöde (”Grönland”) TATM Avstånd längs kusten (y) LT LT bestämmer hur snabbt värmen försvinner

  12. Salthalt: Färskare vatten pga regn/floder Färskvattenflöde = F Inte beroende av havets salthalt Ingen koppling mellan drivning och salthalt => längre längdskala för salthalt

  13. Hur salthalten ändras: SIN -> SEQ Längdskala LF >> LT (för nästan alla hav) SIN SEQ: Regn/floder balanseras genom blandning med det vatten som är i bassängen SEQ Avstånd längs kusten (y) LF 0 < SEQ < SBASIN

  14. Densitet = A*Temp + B*Salthalt Avstånd längs kusten

  15. Värme och salt kompenserar, men justeras med samma längdskala => golfströmmen kan inte sjunka Sjunker Sjunker Bassängvattnets densitet Avstånd längs kusten

  16. Värme och salt kompenserar men på olika längdskala (temperatur snabbare än salt): Avstånd längs kusten

  17. Cold and salt compete, and cold is faster => sinking Sjunker Sjunker Bassängvattnets densitet Avstånd längs kusten

  18. Kan golfströmmen sjunka? • Måste avkylas snabbare än den blir färskare • Måste kylas av tillräckligt mycket • Måste vara tillräckligt salt • Vad är längdskalorna, vad är jämviktsvärdena för T och S?

  19. Förenklad modell! Färskvattentillförsel (F) Värmeutbyte med atmosfären (relaxation) Blandning med bassängen: M (vind, virvlar) Konstant transport strömmen, stillastående vatten i bassängen E.g. Nordic Seas

  20. Värmebudget i havsströmmen (förändring av temperatur = det man stoppar in – det man tar ut) Utbyte med bassängen Förändring Utbyte med atmosfären Bassängens längdskala Atmosfärens längdskala

  21. Lösning: T går exponentiellt från T0 -> Teq, längdskalan LT TEQ T0 y LT If RA>>M => LT~LA and Teq~TAIR Styrs av atmosfären If RA<<M => LT~LE and Teq~TINT Styrs av bassängen

  22. Saltbudget i strömmen (förändring av salthalt = det man stoppar in – det man tar ut): Salt från bassängen Förändring Färskvatten från land där och

  23. Lösning: S går exponentiellt från SIN -> SEQ, längdskalan LS SIN SEQ y LS Om M<<F => SEQ~0 och LS~Q/F Styrs av regn/floder Om M>>F => SEQ~SINT och LS~Q/M Styrs av bassängen

  24. Kan den sjunka? • Första kravet: Lokalt maxima i densitet • Annars ändrar sig densiteten monotont från inflöde mot bassängvattnet

  25. Hitta punkten för lokalt maximum, var är derivatan = 0?

  26. Hitta punkten för lokalt maximum, var är derivatan = 0? där

  27. Kvoten mellan temperaturavvikelse och saltavvikelse E stor => densitetsförändringen temperaturdominerad E liten => densitetsförändringen saltdominerad Kvoten mellan längdskalorna för temperatur och salthalt h stor => temperatur långsammare än salt h liten => temperatur snabbare än salt För nästan alla havsströmmar: h <= 1

  28. Nordiska Hav: E = 1 och h = 0.5 Bassängvattnets densitet

  29. Andra kravet: Densitetsmaximum måste vara högre än bassängens densitet. Beräkna värdet av densiteten i y = YCR, kolla om det är högre än bassängen Sjunker E = 0.75, olika h E = 1.5, olika h

  30. Golfströmmen kan sjunka om: • T är snabbare än S • Tillräckligt varmt och salt vatten i Golfströmmen • Tillräckligt lätt vatten i Nordiska hav Lätt bassängvatten Tungt bassängvatten

  31. Summering • Man måste ta hänsyn till att salt och temperatur justeras på olika längdskalor i havet • Havsströmmar kan bara sjunka när T är ’snabbare’ än S (h < 1)… • …och strömmen tillräckligt varm/salt (E > h) • …och bassängvattnet tillräckligt lätt. • Nordiska hav och Golfströmmen är under denna gräns vid våra kuster med dagens klimat. Reference: Wåhlin & Johnson, JPO 2009 (in press)

More Related