Despre structura si circulatia termohalina din vestul Lacului Aral intre 2009 si 2011. Partea a-II-a

Revenim cu cea de-a doua parte a articolului despre circulația termohalină din Lacul Aral, în care vor fi prezentate rezultate mai detaliate asupra experimentelor realizate între 2009 și 2011.

Circulatia in Marea Aral din perioada de dinaintea secarii nu a fost foarte bine cercetata, din cauza numarului mic de masuratori directe. Cu toate acestea, chiar si primii cercetatori ai acestui spatiu au evidentiat faptul ca modelul general de circulatie in bazinul acestei mari pare a fi reprezentat de o directie anticiclonica (Berg, 1908; Zhdanko, 1940).

1Fig 1. Batimetria bazinului vestic in modele de simulare: Batimetria reala din anul 2010 (stanga): batimetria inversata (dreapta)

Acest lucru este mai degraba neobisnuit, data fiind situatia in marile continentale invecinate, cum ar fi Marea Caspica, Marea Neagra si Marea Azov, situate pe aceeasi linie latitudinala si expuse unor vanturi predominante similare, toate mentinandu-si caracterul ciclonic la nivelul circulatiei generale la scara mare. Primii cercetatori ai Marii Aral au emis ipoteza ca particularitatea circulatiei de suprafata a Marii Aral este efectul input-urilor raurilor (Berg, 1908; Zhdanko, 1940). Aceasta ipoteza s-a bazat pe calculele simplificate, cum ar fi cele care tin de metoda geostrofica, sau analizele concentratiei planctonului, ca un trasor pentru curenti. Mai tarziu, sprijinindu-se pe studiile teoretice ale lui V.B. Chtokman, A.J. Simonov a atribuit caracterul anticiclonic circulatiei de suprafata a Marii Aral efectului combinat al vanturilor nordice, distribuite neomogen in bazin, cat si batimetriei lacului (Shtokman, 1953; Simonov, 1954). In plus, rezultatele unor modele au aratat ca circulatia de suprafata poate deveni ciclonica sub efectul vanturilor dinspre sud (Bortnik si Chistyaeva, 1990). Mai mult, miscarile barocline ale apelor mai dense dinspre partea externa mai putin adanca a lacului spre pragul vestic au constituit subiect de documentatie inca de dinainte de stabilirea procesului de secare a lacului (Simonov, 1962).

2Fig. 2 Distributia verticala a temperaturii (grade Celsius, figura superioara) si a salinitatii (g/kg, figura de jos) de-a lungul sectiunii transversale a bazinului vestic, August 2009.

Studiile recente (e.g. Zavialov, 2005) au aratat ca semnul circulatiei celulei in stratul de suprafata al Marii Aral nu s-a schimbat in timpul perioadei de secare. Intr-adevar, in ciuda schimbarilor drastice ale batimetriei si geometriei bazinului marin, circulatia de suprafata la scara bazinului vestic si-a pastrat caracterul anticiclonic. In aceasta lucrare, noi aducem in discutie date noi care confirma acest lucru si discutam despre posibile mecanisme responsabile pentru caracterul observabil al circulatiei actuale. In timpul studiilor de teren, realizate de-a lungul a trei ani consecutivi, masuratorile vitezei actuale si a vantului au fost facute in situ si la o rezolutie temporala foarte buna. Aceasta a permis analiza raspunsului pe termen scurt a lacului la variabilitatea vantului. Pe de cealalta parte, deoarece conditiile generale ale vantului in timpul experimentelor pe teren au reprodus indeaproape regimul climatic (Bortnik si Chistyaeva, 1990), datele inregistrate pot fi folosite si pentru a valida rezultatele modelelor numerice induse de vanturile periodice.

Specificitatea modelului

Pe langa analizele observatiilor in situ, s-au folosit datele obtinute din implementarea pe un model simulat, pentru a investiga originea caracterului anticiclonic in stratul de suprafata al lacului, sub predominarea vanturilor de nord-est. O serie de experimente numerice au fost realizate folosind Modelul Oceanografic triddimentsional Princeton (Mellor, 1992), adaptat Marii Aral, de catre Universitatea din Girona. Batimetria bazinului vestic al Marii Aral (vezi figura 2, partea stanga), a fost digitizata folosind un grid de 211 noduri pe directie N-s, cu o rezolutie de 967.02 m, respectiv 173 de noduri pe o directie E-V cu o rezolutie de 538.67 m. In ceea ce priveste coordonata verticala, au fost luate in considerare in total 17 nivele sigma echidistante. Adancimea maxima a modelului numeric al lacului a fost in 2010 de 39 m si cea medie de 4 m.

3Fig. 3 Profile verticale de salinitate (g/kg), obtinute in August, 2009, Septembrie, 2010, si Noiembrie, 2011 la cea mai adanca statie de pe aliniamentul transversal

Durata fiecarui experiment a fost de 12 zile si rezultatele prezentate corespund cu valorile medii calculate intre zilele 9 si 12. Modelul a fost influentat artificial de un vant constant si uniform din punct de vedere spatial, cu o viteza de 3m/s si o directie NE-SV, ceea ce se coreleaza cu conditiile climatice create de vantul natural din zona Marii Caspice (Bortnik si Chistyaeva, 1990). O abordare similara este conceputa pentru forta de fund, unde coeficientul aerodinamic a fost calculat astfel incat sa   inscrie vitezele la primele puncte de grid din apropierea fundului in legea generala a efectului de margine, considerandu-se o rugozitate de fund de 0.01 m. Viteze normale nule au fost folosite ca limite laterale. Pentru toate simularile, fluxul de caldura la toate marginile a fost setat la valoarea nula.

4Fig. 4 Circulație de suprafață simulată în bazinul vestic, în cazul stratificării: Batimetrie reală (stânga), Batimetrie inversată (dreapta)

Asa cum a fost mentionat anterior, batimetria este considerata drept unul din principalii factori care determina semnul (directia) circulatiei apei in Marea Aral. In ciuda marilor schimbari morfometrice care au insotit secarea lacului, batimetria lacului isi pastreaza forma corespunzatoare starii de pre-secare: versantul vestic este foarte abrupt, in timp ce versantul estic este mai bland. S-a emis ipoteza (Simonov, 1954) ca o asemenea asimetrie poate reprezenta unul din factorii care determina semnul anticiclonic al celulei de circulatie. Pentru a verifica aceasta afirmatie, se repeta experimentele asupra batimetriei inversate cu privire la axa longitudinala a bazinului si se urmaresc schimbarile pe care inversarea le produce in regimul circulatiei apelor.

Pentru fiecare experiment, fie el stratificat sau nu, conditiile initiale au fost impuse. In primul caz, stratificatia “reala” a fost folosita prin deducerea ei din masuratorile din 2010. In simularea numerica, modelul s-a exat pe doua cazuri: nestratificat si stratificat. Fiecare din aceste cazuri a implicat doua experimente cu batimetrie reala si inversata. Aceasta abordare permite investigarea contributiei individuale a fiecarui factor la formarea circulatiei la scara bazinala.

In total, s-au realizat 4 modele experimentale: 1) batimetrie reala, in conditii de ne stratificare; 2) batimetrie reala, in conditiii de stratificare; 3) batimetrie inversata, in conditii de ne- stratificare, si 4) batimetrie inversata, in conditii de stratificare.

5Fig. 5 Corelația de întârziere între: component nordică a vântului și componenta sudică a curentului de suprafață la stația ”E” (a), componenta nordică a curentului de suprafață la stația ”E” și anomalia de la nivelul mării la stația ”W” (b), componenta nordică a vântulu și component nordică a curentului de suprafață la stația ”W” (c), componenta nordică a curentului de suprafață la stația ”W” și anomlia de la nivelul mediu al mării la stația ”W” (d), componenta nordică a curentului de fund la stațiile ”E” și ”W” (e), componenta nordică a curentului de suprafață la stațiie ”E” și ”W” (f)

Concluzii

Cateva idei generale cu privire la caracteristicile circulatiei apei in Marea Aral pot fi obtinute pe baza analizei observatiilor si a experimentelor.

1. În perioada studiului, structura hidrologică a bazinului vestic al Mării Aral în timpul toamnei a ilustrat un model tri-stratificat cu două maxime locale de salinitate, separate de un strat de apă dulce intermediary. Așa cum s-a presupus în publicațiile anterioare (e.g. Zavialov, 2005; Zavialov et al., 2012), structura observată a rezultat din acțiunea combinată a două mecanisme de formare, cel convectiv și cel advectiv.

2. Ultimul dintre acestea, conectat cu schimbul de apă dintre bazinele vestic și estic al Mării Aral, este supus schimbărilor interanuale. Într-adevăr, în vara anului 2009, când bazinul estic a secat aproape complet și schimbul interbazinal a încetat, valorile salinității la suprafață și în adâncime au fost apropiate unele de altele. Ulterior, intensitatea schimbului interbazinal a crescut din nou, iar în toamna anului 2011, diferența de salinitate între stratele de suprafață și de adâncime a atins valori înalte ăn jur de 11 g/kg, în timp ce în stratul intermediar cu apă dulce, valorile au rămas între cele două maxime de salinitate.

6Fig. 6 Distributia verticala a temperaturii (grade Celsius, figura superioara) si a salinitatii (g/kg, figura de jos) de-a lungul sectiunii transversale a bazinului vestic, Septembrie 2010

3. În ciuda schimbărilor profunde din punct de vedere hidrologic și geographic ale condițiilor din lac, circulația apei în bazinul vestic, mai adânc, își păstrează caracterul particular, tipic pentru Marea Aral în starea ei de dinainte de secare. Conform observațiilor directe, circulația apei în stratul de suprafață are un caracter anticiclonic, în timp ce cea din stratul de fund este mai complex, dar în general stă sub semnul direcției ciclonale sub predominarea vânturilor nordice.

4. Potrivit rezultatelor modelării, dezvoltarea circulației în stratul de fund al bazinului este strâns legată de stratificația bazinului și nu depinde direct de batimetrie.

Referințe:

A.S. Izhitskiy, P.O. Zavialov, E. Roget, H.-P. Huang, A.K. Kurbaniyazov, 2014, On thermohaline structure and circulation of the Western Large Aral Sea from 2009 to 2011: Observations and modeling. In Journal of Marine Systems, nr. 129 (2014) 234-247.

Despre autor
Studentă în anul II Master, specializarea Climatologie și Resurse de Apă, Facultatea de Geografie, Universitatea din București
Scrie aici comentariul tau

Te rugam sa-ti introduci numele!

Necesar!

Te rugam sa introduci o adresa de email valida!

Necesar!

Te rugam sa scrii mesajul!

Greenly Magazine © 2019 All Rights Reserved

Designed by WPSHOWER

Powered by WordPress