ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΟΧΙΑΚΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΑΝΑΒΛΥΣΗΣ ΣΤΟ Β.Α. ΑΙΓΑΙΟ. Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου 2

Transcript

1 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 183 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΟΧΙΑΚΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΑΝΑΒΛΥΣΗΣ ΣΤΟ Β.Α. ΑΙΓΑΙΟ Γ. Δ. Κακαγιάννης 1, Β. Ζερβάκης 1 και Κ. Νίττης 2 1 Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου 2 Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελ.Κε.Θ.Ε. Δεδομένα από τον μετρητικό σταθμό του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ ποντισμένο 1.7 ν. μ. ανοιχτά του Σιγρίου Λέσβου χρησιμοποιούνται για ανάλυση της παράκτιας ανάβλυσης που παρατηρείται συστηματικά σε θερινές δορυφορικές εικόνες επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας (SST). Η ανάλυση δυσχεραίνεται από την παρουσία έντονων γεωστροφικών ρευμάτων με ΒΑ διεύθυνση, συμβατών με τη μέση κυκλωνική κυκλοφορία του Αιγαίου πελάγους. Πρώτα αποτελέσματα της διερεύνησης είναι ότι (α) η γωνία ανεμογενούς ρεύματος σε βάθος 3 μέτρων και ανέμου κυμαίνεται εποχιακά μεταξύ από 0 έως και 100 και (β) η ανάβλυση συνήθως εμφανίζεται να προέρχεται από ιδιαίτερα μικρά βάθη (10-30 μέτρων). Η εποχιακή διακύμανση της γωνίας ανεμογενούς ρεύματος και ανέμου υποδηλώνει την εξάρτηση του κατακόρυφου ιξώδους λόγω τύρβης από τη στρωμάτωση της ανώτερης υδάτινης στήλης. Υποβοηθητικά στην ανάλυση χρησιμοποιούνται δoρυφορικά δεδομένα SST και υδρογραφικά δεδομένα πεδίου. A STUDY OF THE SEASONAL COASTAL UPWELLING IN THE N.E. AEGEAN SEA G. D. Kakagiannis 1, V. Zervakis 1 and K. Nittis 2 1 Department of Marine Sciences, University of the Aegean 2 Institute of Oceanography, H.C.M.R. Data from the measuring station of the POSEIDON system deployed 1.7 n. m. off the coast near Sigri, Lesvos, are used in an analysis of the seasonal coastal upwelling systematically observed in summer satellite images of Sea Surface Temperature (SST). The analysis is hindered by the presence of intense geostrophic currents flowing towards the NE, compatible to the general cyclonic circulation of the Aegean Sea. Preliminary results of the study are that (a) the angle between wind-forced current at 3 m depth and wind varies seasonally between 0 and 100 and (c) upwelling appears to be limited in especially shallow depths (10-30 m). The seasonal variability of the angle between windforced current and wind reveals the relation between vertical eddy viscosity and the stratification of the upper water column. Satellite SST images and data from hydrographic cruises in the region are used to complement the study. Λέξεις-κλειδιά: coastal upwelling, Aegean Sea, Ekman transport.

2 184 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγη Σε παράκτιες περιοχές που εμφανίζεται ανεμογενής ανάβλυση, υπάρχει και κάποια αυξημένη παραγωγή λόγω της λίπανσης της εύφωτης ζώνης με νερά πλούσια σε θρεπτικά συστατικά. Στο Αιγαίο, το φαινόμενο της παράκτιας ανάβλυσης εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονο το καλοκαίρι κατά μήκος των ανατολικών ακτών, και αποδίδεται στην κυριαρχία των βόρειων Ετησίων ανέμων. Παρά το γεγονός ότι η εποχιακή παράκτια ανάβλυση στο Αιγαίο είναι ένα φαινόμενο γνωστό που καταγράφεται συστηματικά από δορυφορικές θερμογραφίες (Poulos et al., 1997; Bakun and Agostini, 2001; Γεωργόπουλος, 2002), ως τώρα δεν έχει γίνει συστηματική μελέτη της δυναμικής της παράκτιας ανάβλυσης, ούτε και συσχέτιση αυτής με την παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων σε αυτές τις περιοχές, λόγω κυρίως της απουσίας δεδομένων. Η εγκατάσταση μιάς μόνιμης θέσης πλωτού ωκεανογραφικού μετρητικού σταθμού (ΠΩΜΣ) του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ σε απόσταση 1,7 ν. μ. ανοιχτά του Σιγρίου Λέσβου και σε συνολικό βάθος περίπου Σχήμα 1 Περιοχή μελέτης. Η θέση του ΠΩΜΣ του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ συμβολίζεται από το ρόμβο. 130 m (σχήμα 1), επιτρέπει για πρώτη φορά μιά ανάλυση της παράκτιας ανάβλυσης με δεδομένα πεδίου. Ερωτήματα που θέλουμε να απαντήσουμε σε βάθος χρόνου είναι η δυναμική της θαλάσσιας απόκρισης στον άνεμο και η (όποια) απόκριση του οικοσυστήματος στις εποχιακές αυτές μεταβολές. Στην παρούσα εργασία θα περιοριστούμε στην ανάλυση των μετρήσεων του ΠΩΜΣ, με σκοπό να διερευνηθούν χαρακτηριστικά της ανάβλυσης ως απόκρισης στον άνεμο. Δεδομενα Οι χρονοσειρές που προερχόταν από τον σταθμό του δικτύου Ποσειδώνας στο Σίγρι, δυτικά της Λέσβου, κάλυπταν την περίοδο Αναλυτικότερα, χρησιμοποιήθηκαν χρονοσειρές των εξής παραμέτρων: Ανέμου (ταχύτητας και διεύθυνσης), ρεύματος στα 3 μ βάθος (ταχύτητας και διεύθυνσης), θερμοκρασίας νερού (από βάθη 3, 10, 20, 30, 35, 40 και 45m), ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμοκρασίας αέρα. Η συχνότητα δειγματοληψίας ήταν 3 ώρες. Μεθοδος Ο ποιοτικός έλεγχος των χρονοσειρών επέβαλλε τον καθαρισμό τους από άχρηστα δεδομένα μέσω της διαδοχικής υποβολής τους στους εξής ελέγχους: 1. Αφαιρέθηκαν τιμές που αντιστοιχούσαν σε περιόδους βαθμονόμησης του σταθμού. Το κριτήριο απόρριψης μιας τιμής ήταν εάν η συχνότητα δειγματοληψίας ήταν 15 λεπτά αντί για 3 ώρες. 2. Αφαιρέθηκαν τιμές έξω από το εύρος τιμών κάθε παραμέτρου. 3. Αφαιρεθηκαν τοπικά απομονωμένες μέγιστες ή ελάχιστες τιμές, θεωρούμενες «κακές» μετρήσεις (spikes). Η διαδικασία απόρριψης (despiking) που χρησιμοποιήσαμε αφορούσε τον υπολογισμό μέσης τιμής και τυπικής απόκλισης σε ένα παράθυρο δεδομένων κυλιόμενο επί της χρονοσειράς, και την απόρριψη των τιμών που βρισκόταν σε από-

3 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 185 Σχήμα 2 Καταγραφείσα ανάβλυση το καλοκαίρι του 2003, από 1/7/2003 έως 10/10/2003. Οι χρονοσειρές (a) έντασης και (b) διεύθυνσης ανέμου, (c) έντασης και (d) διεύθυνσης «ανεμογενούς» ρεύματος, (e) μεγέθους και (f) φάσης της ετεροσυνάφειας των παραπάνω, και (g) κατακόρυφων μετατοπίσεων των ισοθέρμων των 3, 10, 20, 30 και 35 μέτρων παρατίθενται. Η γωνία της φάσης ορίζεται θετική όταν το ρεύμα ρέει προς τα αριστερά του ανέμου. σταση μεγαλύτερη από κάποιο πολλαπλάσιο της τοπικής τυπικής απόκλισης από την τοπική μέση τιμή. Δηλαδή, το κριτήριο αποδοχής της τιμής x i είναι το x i x n s, όπου x η μέση τιμή της παραμέτρου x σε ένα παράθυρο μήκους L και s η τυπική απόκλιση σε αυτό το δείγμα. Το βέλτιστο μήκος παραθύρου και ο αριθμός τυπικών αποκλίσεων για τη διαδικασία απόρριψης τιμών καθορίσθηκε εμπειρικά για κάθε παράμετρο ξεχωριστά. 4. Οι θεωρούμενες καθαρές πλέον χρονοσειρές αναδιατάχθηκαν σε σταθερά 3-ωρα χρονικά διαστήματα. Όσον αφορά τα διανυσματικά μεγέθη, η παραπάνω διαδικασία έγινε στις Β-Ν και Α-Δ συνιστώσες τους. Επειδή η χαρακτηριστική χρονική κλίμακα της απόκρισης Ekman του επιφανειακού στρώματος είναι μεγαλύτερη λίγων αδρανειακών περιόδων (Ekman, 1905; Lewis and Belcher, 2004), ακολούθησε low-pass φιλτράρισμα που απέκοψε τις πολύ υψηλές συχνότητες των φαινόμενων που μελετήσαμε (με μήκος φίλτρου περίπου δύο αδρανειακών περιόδων). Μετά από αρχική ανάλυση της ετεροσυσχέτισης (cross-correlation) ανέμου και ρεύματος φάνηκε ότι το γεωστροφικό ρεύμα ΒΔ κατεύθυνσης που χαρακτηρίζει την μέση κυκλωνική κυκλοφορία του Αιγαίου

4 186 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Σχήμα 3 Όπως στο σχήμα 2, εστιάζοντας στην περίοδο 1/8/2003 έως 31/8/2003. στην περιοχή περιπλέκει την αναγνώριση του ανεμογενούς ρεύματος. Στην προσπάθεια να διαχωρισθεί το μέσο γεωστροφικό ρεύμα από την ανεμογενή συνιστώσα, υπολογίσθηκε η ετεροσυνάφεια (cross-coherence) μεταξύ ανέμου και ρεύματος. Βασισμένοι στο αποτέλεσμα της ετεροσυνάφειας, διαχωρίσαμε το ρεύμα σε χαμηλόσυχνα και υψίσυχνα μεταβαλλόμενο, θεωρώντας ότι το πρώτο περιείχε σε μεγαλύτερο ποσοστό το μέσο γεωστροφικό ρεύμα. Μετά, ακολούθησε η ετεροσυσχέτιση ανέμου και «ανεμογενούς» ρεύματος, και ο στατιστικός υπολογισμός της γωνίας μεταξύ των δύο. Από την ανάλυση των δεδομένων θερμοκρασίας, προέκυψαν προσεγγίσεις των κατακόρυφων μετατοπίσεων των ισόθερμων για διάφορα βάθη. Η αρχή διατήρησης της θερμοκρασίας και η υπόθεση που κάναμε για οριζόντια ομοιογένεια, οδήγησε στο διαχωρισμό του πεδίου θερμοκρασίας Θ σε μέση, Θ, και υψίσυχνα μεταβαλλόμενη, θ (όπου Θ = Θ + θ ). Αποδεικνύεται ότι θ = Θ, όπου είναι η μετατόπιση της z ισόθερμης δεδομένου βάθους. Αποτελeσματα Μεγάλη απώλεια δεδομένων προέκυψε από τις διάφορες τεχνικές επεξεργασίας τους. Αξιοποιήσιμα είναι κυρίως τα δεδομένα της περιόδου 2003, γιατί παρουσιάζουν συνοχή και συνέχεια (σχήμα 2). Παράκτια ανάβλυση παρατηρείται κυρίως το καλοκαίρι του 2003 (σχήμα 3), όταν οι επικρατούντες άνεμοι είναι βόρειοι. Η γω-

5 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 187 νία του υψίσυχνου ανεμογενούς ρεύματος και ανέμου κυμαίνεται εποχιακά από μοίρες, δεξιά του ανέμου, ενώ το βάθος της ανάβλυσης κυμαίνεται από μέτρα. Βιβλιογραφiα BAKUN, A. and AGOSTINI, V. N., Seasonal patterns of wind-induced upwelling/downwelling in the Mediterranean Sea. Scientia Marina, 65, (3): ΓΕΩΡΓΟΠΟΥΛΟΣ, Δ.Χ., Θαλάσσιες μάζες, δυναμική δομή και κυκλοφορία στο Βόρειο Αιγαίο Πέλαγος. Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Γεωλογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών, pp EKMAN, V.W., On the influence of the earth s rotation in ocean-currents. Arch. Math. Astron. Phys., 2: 1 52 LEWIS D.M. and S.E. BELCHER, Timedependent, coupled, Ekman boundary layer solutions incorporating Stokes drift. Dynamics of Atmospheres and Oceans, 37: POULOS, S.E., DRAKOPOULOS, P.G. and COLLINS, M.D., Seasonal variability in sea surface oceanographic conditions in the Aegean Sea (Eastern Mediterranean): an overview. Journal of Marine Systems, 13:

6