Εργαστήριο Ανώτερης Γεωδαισίας Μάθημα 8ου Εξαμήνου (Ακαδ. Έτος 2017-18) «Ωκεανογραφία Υδρογραφία» ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΕΞΑΜΗΝΟ Ημερομηνία Παράδοσης (Ηλεκτρονικά) : 1/6/2018 Σκοπός: Θεματική Εργασία #7 _ Μέρος Α Η συγκεκριμένη Θεματική Εργασία αποσκοπεί στην κατανόηση της δυναμικής της κυκλοφορίας των ωκεανών και την επίδραση της οριζόντιας και κατακόρυφης κίνησης του θαλάσσιου νερού, το ρόλο της ωκεάνιας κυκλοφορίας στη διανομή θερμότητας, τη διάλυση του διοξειδίου του άνθρακα και τη διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών, καθώς και πως αυτοί οι παράγοντες μπορεί να αλλάξουν ως αποτέλεσμα των μεγάλων μετατοπίσεων στην κυκλοφορία των ωκεανών που συνδέονται με την παγκόσμια αλλαγή του κλίματος. (1) Στα παρακάτω ερωτήματα, όπου ζητείται σημειώστε την απάντησή σας με ένα στο χώρο του ερωτήματος. Ακολούθως δώστε μια σύντομή εξήγηση για να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. a) Τι έχει υψηλότερη πυκνότητα, (Α) το ζεστό νερό ή (Β) το κρύο νερό; (Α, Β ) b) Τι έχει υψηλότερη πυκνότητα, (Α) το αλμυρό νερό ή (Β) γλυκό νερό; (Α, Β ) c) Λαμβάνοντας υπόψη τις απαντήσεις σας στις ερωτήσεις (a) & (b), το νερό των επιφανειακών ωκεανών που ζεσταίνεται ή ψύχεται και γίνεται αλμυρό ή φρέσκο θα τείνει να κινείται σε βαθύτερα στρώματα του ωκεανού (Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις). d) Ποιο τμήμα / μέρη του ωκεανού της Γης μπορεί να βιώνει μεγάλη καταβύθιση (downwelling) ως αποτέλεσμα του σχηματισμού πολύ κρύου νερού; (υποτυπώστε την περιοχή με μια κλειστή καμπύλη σε έναν από τους χάρτες που περιέχονται στο αρχείο empty_global_maps.pdf που θα βρείτε στις ιστοσελίδες του μαθήματος.
e) Η σύγκλιση ωκεάνιων ρευμάτων θα προκαλέσει τα βαθιά ύδατα σε κίνηση ανάδυσης (upwelling) ή τα επιφανειακά ύδατα σε καταβύθιση (downwelling) ; f) Ποια είναι η κατακόρυφη κατεύθυνση της κίνησης του νερού στην περιοχή με την ετικέτα Ερώτημα/Question 6 στο προηγούμενο σχήμα: ανοδική ή καθοδική ; g) Η απόκλιση των ρευμάτων θα προκαλέσει τα βαθιά ύδατα σε κίνηση ανάδυσης (upwelling) ή τα επιφανειακά ύδατα σε καταβύθιση (downwelling) ; h) Ποια είναι η κατακόρυφη κατεύθυνση της κίνησης του νερού στην περιοχή με την ετικέτα Ερώτημα/Question 8 στο προηγούμενο σχήμα: ανοδική ή καθοδική ; (2) Από τον παρακάτω πίνακα περιοχών, επιλέξτε μια περιοχή με μονό αριθμό και μια περιοχή με άρτιο αριθμό. Ακολούθως για την περιοχή με μονό αριθμό χρησιμοποιήστε έναν από τους χάρτες των ωκεάνιων ρευμάτων σε παγκόσμια κλίμακα που θα βρείτε στο αρχείο maps_ocean_currents.zip (ή άλλον παρόμοιο χάρτη της επιλογής σας) για να εντοπίσετε περιοχές πιθανής ανάδυσης των θαλάσσιων νερών στην περιοχή που επιλέξατε - βασίστε τις απαντήσεις σας σχετικά με το αν τα ρεύματα συγκλίνουν ή αποκλίνουν από την ακτή. Επιπλέον, για την περιοχή που επιλέξατε με τον άρτιο αριθμό χρησιμοποιήστε έναν από τους χάρτες παραγωγικότητας στο αρχείο NPP_maps.zip για να εντοπίσετε περιοχές με υψηλή καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα. Επιλογή # Περιοχή 1 West coast of North America 2 East coast of North America 3 West coast of South America 4 East coast of South America 5 West coast of Africa 6 East coast of Africa 7 East coast of Asia 8 Australia i. Τα βαθιά ωκεάνια νερά τείνουν να είναι κρύα ή ζεστά και φτωχά ή πλούσια σε θρεπτικά συστατικά. Εξηγήστε συνοπτικά γιατί συμβαίνει αυτό; ii. Τα επιφανειακά ύδατα τείνουν να είναι κρύα ή ζεστά και φτωχά ή πλούσια σε θρεπτικά συστατικά. Εξηγήστε συνοπτικά γιατί συμβαίνει αυτό; iii. Για το λόγο αυτό, η διεργασία της ανάδυσης ή της καταβύθισης σε παράκτιες περιοχές υποστηρίζει υψηλά ποσοστά πρωτογενούς παραγωγικότητας (δηλ. αύξηση του ρυθμού με τον οποίο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί παράγουν οργανική ύλη), η οποία αποτελεί τη βάση του οικοσυστήματος στις περιοχές αυτές. Συμβουλευτείτε το άρθρο NASA_article_2003.pdf (από τις ιστοσελίδες του μαθήματος ή από τον σύνδεσμο https://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2003/0815oceancarbon.html) ή/και αφού αναζητήσετε συναφείς πληροφορίες στη βιβλιογραφία ή το ιαδίκτυο, προκειμένου να δώσετε συνοπτικές απαντήσεις και εξηγήσεις στα παρακάτω ερωτήματα: i) Προσδιορίστε 1-2 περιοχές ανοδικών κινήσεων (upwelling) του θαλάσσιου νερού που είναι ταυτόχρονα περιοχές υψηλής πρωτογενούς παραγωγικότητας. Υποτυπώστε τις περιοχές αυτές στο χάρτη σας. Εξηγήστε συνοπτικά γιατί οι περιοχές που επιλέξατε είναι περιοχές ανοδικών κινήσεων θαλάσσιων ρευμάτων;
j) Προσδιορίστε 1-2 περιοχές ανοδικών κινήσεων (upwelling) του θαλάσσιου νερού που ΕΝ ΕΙΝΑΙ ταυτόχρονα περιοχές υψηλής πρωτογενούς παραγωγικότητας. Υποτυπώστε τις περιοχές αυτές στο χάρτη σας. k) Οι διαφορές (στα (i) και (j)) συνεπάγονται ότι υπάρχουν, εκτός από τη η διεργασία ανάδυσης υδάτων και άλλες συνθήκες που επηρεάζουν την πρωτογενή παραγωγικότητα στους ωκεανούς. Απαριθμήστε και εξηγήστε συνοπτικά μερικούς τέτοιους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την πρωτογενή παραγωγικότητα. l) Περιγράψετε συνοπτικά τη σχέση μεταξύ της κατεύθυνσης της κατακόρυφης κίνησης ενός ρεύματος των ωκεανών και τις δυνατότητες που παρέχει για μια ισχυρή τοπική αλιευτική βιομηχανία στις παράκτιες ζώνες. m) Όπως συνάγεται από το άρθρο, η μείωση της πρωτογενούς παραγωγικότητας στον ωκεανό επηρεάζει όχι μόνο τις αλιευτικές βιομηχανίες. Αναφέρετε συνοπτικά ποιες άλλες επιπτώσεις έχει στο γήινο σύστημα; n) Από τα αναφερόμενα στο άρθρο, περιγράψετε συνοπτικά τις διαδοχικές διεργασίες (π.χ. με ένα διάγραμμα/βρόχο αλληλεπιδρώντων παραγόντων) μεταξύ της κλιματικής αλλαγής, της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας, του ατμοσφαιρικού CO2 και της καθαρής πρωτογενούς παραγωγικότητας. o) Από τα αναφερόμενα στο άρθρο, συνάγεται ότι η καθαρή πρωτογενής παραγωγικότητα ελέγχεται από διάφορους παράγοντες εκτός από την ανάδυση θαλασσίων υδάτων. Περιγράψτε έναν τέτοιο παράγοντα που αναφέρεται στο άρθρο. p) Ποιος είναι ο ρόλος των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην πρόσφατη κλιματική αλλαγή που επηρεάζει την καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα του ωκεανού; (3) Στον ιστοχώρο https://www.pmel.noaa.gov/tao/drupal/disdel/ μπορείτε να επιλέξετε θαλάσσια δεδομένα από το δίκτυο TAO/TRITON ειδικών πλωτήρων εφοδιασμένων με αισθητήρες του θαλάσσιου περιβάλλοντος στις περιοχές του Ισημερινού στον Ειρηνικό Ωκεανό. Για τους σκοπούς της Θεματικής Εργασίας προσδιορίστε αρχικά την επιλογή Lat Lon Map, ακολούθως επιλέξτε μια συγκεκριμένη ημερομηνία στους μήνες Ιούλιο ή Σεπτέμβριο ή εκέμβριο του 2017, και τέλος ανακτήστε στον Η/Υ σας, πατώντας το κουμπί Display, χάρτες των 5ήμερων θερμοκρασιών της θαλάσσιας επιφάνειας και των αποκλίσεων από τις μακροχρόνιες μέσες τιμές τους (SST, Sea Surface Temperature και SST Anomalies), με ταυτόχρονη απεικόνιση της διεύθυνσης και του μεγέθους των επικρατούντων ανέμων, όπως φαίνεται στο παρακάτω ενδεικτικό παράδειγμα.
Επαναλάβετε την ίδια διαδικασία για την ίδια ημερομηνία, αλλά για το 2016. Αφού επιθεωρήσετε τους αντίστοιχους χάρτες, συμπληρώστε τα κενά στα παρακάτω ερωτήματα: Από τους πάνω χάρτες (Mean SST) στις εικόνες σας: i. Ποιες είναι οι μέγιστες θερμοκρασιακές τιμές που παρατηρούνται στα συγκεκριμένα πενθήμερα το 2016 και το 2017; και περίπου σε ποιο γεωγραφικό πλάτος συναντώνται αυτές οι τιμές; Για το 5ήμερο του 2016 ο C, περίπου σε λ, και για το 5ήμερο του 2017 ο C, περίπου σε λ ; ii. Αντίστοιχα, σε ποια κατεύθυνση κινούνται οι επικρατούντες άνεμοι στα συγκεκριμένα πενθήμερα το 2016 και το 2017; Για το 5ήμερο του 2016 Ανατολικά ή υτικά; και Για το 5ήμερο του 2017 Ανατολικά ή υτικά; Οι κάτω χάρτες (Anomalies) στις εικόνες σας απεικονίζουν αποκλίσεις από τις μακροχρόνιες μέσες τιμές των θερμοκρασιών και των ανέμων στην περιοχή ενδιαφέροντος θετικές ανωμαλίες (θερμότερες από το συνηθισμένο) απεικονίζονται με συνεχείς ισοθερμικές καμπύλες, ενώ αρνητικές (ψυχρότερες από το συνηθισμένο) απεικονίζονται με διακεκομμένες καμπύλες. iii. Ποιες είναι οι μέσες θερμοκρασιακές ανωμαλίες στην περιοχή [120 ο - 170 0 W, 5 ο N-5 ο S ] που παρατηρούνται στα συγκεκριμένα πενθήμερα το 2016 και το 2017; Θεωρήστε ότι οι ίδιες συνθήκες στην ίδια περιοχή διαρκούν για τουλάχιστον τρεις μήνες μετά την εκάστοτε συγκεκριμένη ημερομηνία ενδιαφέροντος. Ερευνήστε και εξηγήστε συνοπτικά εάν βάσει αυτών των διαθέσιμων δεδομένων στην περιοχή επικρατούσε το φαινόμενο El Nino ; ή το φαινόμενο La Nina ; Επαναλάβετε τη διαδικασία ανάκτησης αντίστοιχων χαρτών για τους μήνες εκέμβριο 2011 και Απρίλιο 2012. Μελετώντας τους εν λόγω χάρτες εξηγήστε συνοπτικά iv. Στην περίοδο του Απριλίου 2012, στην περιοχή [120 ο - 170 0 W, 5 ο N-5 ο S ] επικρατούσε το φαινόμενο El Nino ; ή επικρατούσε το φαινόμενο La Nina ; ή επικρατούσε η φάση του φαινομένου της Νότιας Ταλάντωσης/Κύμανσης στον Ειρηνικό Ωκεανό (El Nino Southern Oscillation, ENSO) ; ή επικρατούσε η φάση του φαινομένου της Βόρειας Ταλάντωσης/Κύμανσης στον Ειρηνικό Ωκεανό (Northern Pacific Oscillation, NPO) ; Επαναλάβετε τη διαδικασία ανάκτησης αντίστοιχων χαρτών των θερμοκρασιών και των ανωμαλιών τους για τον μήνα εκέμβριο 1997 κατά τον οποίο είχαμε έξαρση του φαινομένου El Nino, και αντίστοιχα για τον μήνα εκέμβριο 1998 κατά τον οποίο είχαμε έξαρση του φαινομένου La Nina. Μελετώντας τους εν λόγω χάρτες εξηγήστε συνοπτικά v. Στην περίοδο του εκεμβρίου 1997, στην περιοχή [120 ο - 170 0 W, 5 ο N-5 ο S ] Επικρατούσαν θερμοκρασιακές ανωμαλίες θερμότερες από 0.5 ο C, σε σχέση με Επικρατούσαν θερμοκρασιακές ανωμαλίες ψυχρότερες από -0.5 ο C, σε σχέση με Επικρατούσαν τυπικές θερμοκρασιακές ανωμαλίες μεταξύ 0 ο έως -0.5 ο C, σε σχέση με vi. Στην περίοδο του εκεμβρίου 1998, στην περιοχή [120 ο - 170 0 W, 5 ο N-5 ο S ] Επικρατούσαν θερμοκρασιακές ανωμαλίες θερμότερες από 0.5 ο C, σε σχέση με Επικρατούσαν θερμοκρασιακές ανωμαλίες ψυχρότερες από -0.5 ο C, σε σχέση με Επικρατούσαν τυπικές θερμοκρασιακές ανωμαλίες μεταξύ 0 ο έως -0.5 ο C, σε σχέση με
vii. Από τους χάρτες που απεικονίζουν και τους ανέμους, κατά την περίοδο του εκεμβρίου 1997, και αντίστοιχα κατά την περίοδο του εκεμβρίου 1998, στην περιοχή, συνάγεται ότι Οι ισχυρότεροι δυτικοί άνεμοι σε όλον ή σχεδόν όλον τον Ειρηνικό πνέουν κατά την περίοδο ισχυρών El Nino ή κατά την περίοδο ισχυρών La Nina ; (4) Στο αρχείο California_coast_upwelling.pdf θα βρείτε πέντε εικόνες που απεικονίζουν την κατεύθυνση του πνέοντος ανέμου στις βόρειες ακτές της Καλιφόρνιας, καθώς και μια ενημερωτική σύνοψη των παραγόντων που επηρεάζουν τις διαδικασίες ανάβλυσης ωκεάνιων ρευμάτων, ιδιαίτερα στις παράκτιες περιοχές. Για κάθε μια από τις εικόνες 1, 2 και 3, δεδομένης της απεικονιζόμενης κατεύθυνσης του ανέμου που εμφανίζεται για την περιοχή αυτή, σε ποια κατεύθυνση θα συμβεί η μέση ροή θαλάσσιων υδάτινων μαζών κατά τη μεταφορά Ekman; ικαιολογήστε συνοπτικά τις απαντήσεις σας. Για την εικόνα 4, θεωρήστε ότι τα γαλάζια βέλη δείχνουν την κατεύθυνση κίνησης των θαλάσσιων μαζών καθώς απομακρύνονται από την ακτογραμμή εξ αιτίας των ανέμων. Απαριθμήστε συνοπτικά τους επιδρώντες παράγοντες στο φαινόμενο της αναπλήρωσης των υδάτινων όγκων που απομακρύνονται από την ακτή. Ακολούθως επιλέξτε ποιες από τις παρακάτω αναφερόμενες αιτίες αληθεύουν και εξηγήστε συνοπτικά για ποιο λόγο. Για τυχόν περιπτώσεις που δεν αληθεύουν, επίσης αιτιολογήστε συνοπτικά την απάντησή σας. i. Οι αναγκαίες υδάτινες μάζες για να αναπληρωθούν τα νερά που απομακρύνονται από την ακτή προέρχονται από τα νερά που εκβάλλουν παρακείμενοι ποταμοί στη θάλασσα ii. Οι πνέοντες άνεμοι σπρώχνουν όγκους νερών από τα βόρεια iii. Οι παλίρροιες τις περιοχής σπρώχνουν όγκους νερών προς την ακτή iv. Όγκοι νερού από τα βαθύτερα στρώματα ανέρχονται προς την επιφάνεια v. Καμιά από τις προηγούμενες περιπτώσεις. εν είναι εφικτό να μετακινηθούν μεγάλοι όγκοι νερών προς την ακτή. Για του λόγου το αληθές, παρατηρήστε πως ο άνεμος στην κατεύθυνση που παρουσιάστηκε στην περίπτωση της εικόνας 4, προκάλεσε ένα γεγονός ανάδυσης υδάτινων μαζών και φέρνοντας ταυτόχρονα θρεπτικά συστατικά στην επιφάνεια για να αυξηθεί το φυτοπλαγκτόν, του οποίου η αύξηση είναι εμφανής στην εικόνα 5, με το πράσινο χρώμα περιοχών του θαλάσσιου νερού, όπως είναι ορατό από το διάστημα! (5) Στις ιστοσελίδες του μαθήματος θα βρείτε στο αρχείο atmosphere_ocean.pdf. Το αρχείο περιέχει δύο εικόνες από μετρήσεις του δορυφόρου δορυφόρος TOPEX / POSEIDON από το 1995, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και του χειμώνα του βόρειου ημισφαιρίου, οι οποίες δείχνουν την ποσότητα υδρατμών (water vapor) στην αέρα, μια ένδειξη για το πού και πόσος αέρας ανέρχεται, ψύχεται και συμπυκνώνεται, απελευθερώνοντας έτσι θερμότητα στην ατμόσφαιρα. Παρατηρώντας προσεκτικά τις εικόνες, απαντήστε συνοπτικά στα ακόλουθα ερωτήματα: i. Πού βρίσκονται οι περιοχές με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδρατμούς στην ατμόσφαιρα και πώς αυτές οι περιοχές συσχετίζονται με τις χαρακτηριστικές έξι κλιματικές ζώνες της ατμόσφαιρας που παρουσιάστηκαν σε ενδεικτικές διαφάνειες του μαθήματος που απεικόνιζαν τα μοτίβα Ατμοσφαιρικής Κυκλοφορίας; ii. Πού βρίσκονται οι περιοχές με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρατμούς και πώς αυτές οι περιοχές συσχετίζονται με τις κλιματικές ζώνες που παρουσιάζονται στις εν λόγω διαφάνειες ; iii. Συγκρίνετε τις εικόνες από τον χειμώνα και το καλοκαίρι του 1995. Πώς μεταβάλλονται οι τοποθεσίες υψηλής και χαμηλής περιεκτικότητας ατμοσφαιρικών υδρατμών από το καλοκαίρι στο χειμώνα;
Στο προηγούμενο συμπιεσμένο αρχείο περιέχονται επίσης δύο εικόνες που δείχνουν ταχύτητες ανέμου (wind speed) παγκοσμίως στον ωκεανό, επίσης για τον χειμώνα και το καλοκαίρι του 1995. iv. Εξηγήστε συνοπτικά πού βρίσκονται οι περιοχές των επιφανειακών ανέμων υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ταχύτητας και πώς αυτές οι περιοχές συσχετίζονται με τις ζώνες του ανέμου που εμφανίζονται στο διάγραμμα των μοτίβων της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας ; v. Πού βρίσκονται οι περιοχές των μεγάλων κυμάτων και πώς σχετίζονται αυτές οι περιοχές με τις ταχύτητες ανέμου; Στο ίδιο συμπιεσμένο αρχείο θα βρείτε μια εικόνα θερμοκρασιών της θαλάσσιας επιφάνειας (SSTs), σε βαθμούς Κελσίου, για ολόκληρο τον κόσμο στον ωκεανό για την περίοδο 1982-1995. vi. Περιγράψτε το γενικό μοτίβο μεταβολών της θερμοκρασίας της θαλάσσιας επιφάνειας στον ωκεανό. vii. Παρατηρήστε τη ζώνη του ζεστού νερού κατά μήκος του ισημερινού και εξηγήστε Γιατί η ζώνη αυτή διευρύνεται δυτικά σε κάθε ωκεανό; για παράδειγμα, στον Ειρηνικό Ωκεανό; Η επόμενη εικόνα αναφερόμενη στο Ρεύμα Kuroshio απεικονίζει, σε βαθμούς Κελσίου, τις θερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας, οι μεταβολές των οποίων σχετίζονται με τη θέση του ρεύματος. Σε ποια κατηγορία ρευμάτων κατατάσσεται το εν λόγω ρεύμα και γιατί. viii. Ποια είναι η γεωγραφική θέση του Kuroshio Current; ix. Είναι το συγκεκριμένο ρεύμα, ένα ρεύμα θερμών νερών ή ψυχρών νερών ; Σε ποιες άλλες κατηγορίες ρευμάτων κατατάσσεται; Ερευνήστε στην βιβλιογραφία για να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. x. Παρατηρείτε κάποια στοιχεία για την επίδραση ενός άλλου ρεύματος; Εάν ναι, ποιο είναι το όνομά του και η θερμοκρασία του; Ανατρέξτε αν χρειαστεί σε έναν χάρτη απεικόνισης ρευμάτων σε παγκόσμια ή περιφερειακή κλίμακα. Οι επόμενες δύο εικόνες Gulf stream (19/2/1996) και Gulf stream (25/2/1996) επίσης απεικονίζουν, σε βαθμούς Κελσίου, τις θερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας σε διάστημα 6 ημερών, στην περιοχή του Ρεύματος του Κόλπου στις ανατολικές ακτές των ΗΠΑ. xi. Σε ποιες κατηγορίες ρευμάτων κατατάσσεται το Ρεύμα του Κόλπου και γιατί ; xii. Ποιο είναι το εύρος θερμοκρασιών του ρεύματος του κόλπου του Κόλπου; xiii. Ποιο είναι το εύρος θερμοκρασιών του ρεύματος του Labrador που φαίνεται στο επάνω μέρος της εικόνας? xiv. Περιγράψτε τι αλλαγές συμβαίνουν στα ρεύματα κατά τη διάρκεια της περιόδου των 6 ημερών μεταξύ των δύο εικόνων. Για παράδειγμα, παρατηρήστε τι συμβαίνει με το στρόβιλο που σχηματίζεται περίπου στη θέση [39 ο Ν, 68 ο W] όπου νερά του ρεύματος που περικλείονται από ψυχρότερα νερά.