DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1504995
تاريخ النشر: 2025-05-08
المؤلف: Nining Sari Ningsih وآخرون
الموضوع الرئيسي: الدراسات الجيولوجية والجيوفيزيائية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الآليات التي تحرك موجات الحرارة البحرية (MHWs) في المياه الإندونيسية على مدى الأربعين عامًا الماضية، مع تسليط الضوء على زيادة في تكرار ومدة هذه الأحداث، إلى جانب انخفاض في أقصى كثافتها بسبب الاحترار العالمي. تركز التحليل على ست مناطق رئيسية: غرب سومطرة، جنوب جاوة، بحر جاوة، مضيق ماكاسار، بحر مالوكو، وشمال بابوا. تشير النتائج إلى أن انتقال الحرارة هو المحرك الرئيسي لارتفاع درجة حرارة سطح البحر (SST) وأحداث MHW في جنوب جاوة وغرب سومطرة، مع معاملات انحدار تبلغ 0.69 و0.60، على التوالي، عند مستوى ثقة 99%. في المقابل، يؤثر الانغماس بشكل رئيسي على MHWs في المناطق الأخرى، مع معاملات تتراوح من 0.82 إلى 1.33.
تظهر الدراسة أيضًا أن حدوث MHWs يكون أكثر تكرارًا خلال مراحل النينيو- oscillation الجنوبية (ENSO) مقارنة بمراحل ثنائي القطب في المحيط الهندي (IOD)، مما يشير إلى تأثير أقوى لـ ENSO على تشكيل MHW. تختلف الفترات الزمنية بين أحداث ENSO ووقوع MHWs، حيث تعاني المناطق الغربية من تأخيرات تتراوح بين 3 إلى 10 أشهر، بينما تظهر المناطق الشرقية تأخيرات أقصر تتراوح بين 0 إلى 2 شهر. تؤكد الأبحاث على التأثيرات الكبيرة لـ MHWs على شدة الارتفاعات البحرية والنظم البيئية البحرية، خاصة في جنوب جاوة، حيث أدت MHWs الشديدة إلى انخفاض تركيزات الكلوروفيل-أ وضعف عمليات الارتفاع. تدعو الدراسة إلى مزيد من البحث لاستكشاف دور سرعة الرياح في هذه الديناميات وتؤكد على الحاجة إلى نمذجة تنبؤية للتخفيف من آثار MHWs على مصايد الأسماك والتنوع البيولوجي البحري.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على اتجاه الاحترار الملحوظ في درجة حرارة سطح البحر (SST) في المياه الإندونيسية، والتي زادت بمعدل 0.19 ± 0.04 درجة مئوية لكل عقد من 1982 إلى 2014، متجاوزة المتوسط العالمي. يرتبط هذا الارتفاع في SST بزيادة تكرار الأحداث الجوية المتطرفة، وخاصة الأعاصير الاستوائية، ومن المتوقع أن يؤدي إلى تفاقم هذه الأحداث بسبب الاحترار العالمي المستمر. بالإضافة إلى ذلك، تناقش المقدمة الارتفاع المقلق في موجات الحرارة البحرية (MHWs)، التي زادت عالميًا بأكثر من 50% من 1925 إلى 2016، ومن المتوقع أن تستمر وتشتد حتى عام 2100. تؤثر MHWs بشكل كبير على الديناميات المحيطية والغلاف الجوي، وتعطل النظم البيئية البحرية، وتؤثر على مصايد الأسماك، خاصة في مناطق مثل جنوب جاوة (SJ)، التي تتميز بحدوث أحداث MHW بشكل متكرر وارتفاع قوي.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في الآليات التي تحرك تشكيل MHW في المياه الإندونيسية، مع التركيز على العوامل المحلية، مثل ديناميات ميزانية الحرارة، والتأثيرات البعيدة مثل ثنائي القطب في المحيط الهندي (IOD) والنينيو- oscillation الجنوبية (ENSO). كما تسعى لاستكشاف تأثير MHWs على تباين الارتفاع في SJ، وهو منطقة صيد حيوية للتونة. تؤكد المقدمة على الحاجة إلى فهم شامل لـ MHWs في إندونيسيا، حيث تركز الأبحاث الحالية بشكل أساسي على مناطق معينة، مما يترك فجوة في المعرفة بشأن آثارها الأوسع وتفاعلاتها مع عمليات الارتفاع المحلية.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى زيادة ملحوظة في تكرار ومدة موجات الحرارة البحرية (MHWs) في البحار الإندونيسية على مدى الأربعين عامًا الماضية، كما تؤكده الأبحاث السابقة (Beliyana et al., 2023). على الرغم من هذه الزيادة، أظهرت أقصى كثافة لـ MHWs انخفاضًا، وهو ما يُعزى على الأرجح إلى التأثيرات العامة للاحتباس الحراري. تؤكد الدراسة على أن الآليات الكامنة وراء تشكيل MHW في هذه المنطقة لا تزال غير مفهومة بشكل كافٍ، مما يستلزم مزيدًا من التحقيق.
في ضوء الاتجاه المستمر للاحتباس الحراري، تتوقع الأبحاث أن تصبح MHWs أكثر تكرارًا وشدة في المستقبل. لمعالجة ذلك، تستكشف الدراسة عوامل محلية وبعيدة مختلفة قد تسهم في تشكيل MHWs في المياه الإندونيسية. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد على آثار هذه الأحداث الحرارية الشديدة على شدة الارتفاع، وهو أمر حاسم للنظم البيئية البحرية ومصايد الأسماك في المنطقة.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الأبحاث تحديد وتحليل موجات الحرارة البحرية (MHWs) باستخدام بيانات درجة حرارة سطح البحر (SST) من 1982 إلى 2021. تُعرف MHWs بأنها أحداث مياه دافئة بشكل غير عادي تتجاوز عتبة النسبة المئوية 90 لـ SST، وتستمر لمدة خمسة أيام متتالية على الأقل. تستخدم الدراسة تحليل ميزانية الحرارة لتحديد مساهمات العمليات الجوية والمحيطية في تشكيل MHW في المياه الإندونيسية، باستخدام معادلات تأخذ في الاعتبار تغير درجة الحرارة، وصافي تدفق الحرارة من الهواء إلى البحر، والانتقال الأفقي، والانغماس. تشير النتائج إلى أن الانتقال يؤثر بشكل كبير على تغيرات درجة الحرارة في جنوب جاوة (SJ) والمناطق الغربية (WS)، بينما يلعب الانغماس دورًا أكثر هيمنة في مناطق أخرى. تسلط التحليل الضوء على الدور الحاسم لتدفق إندونيسيا (ITF) في نقل المياه الدافئة وتؤكد على الحاجة إلى ملاحظات مباشرة للمحيطات لتحسين فهم تباين SST وديناميات MHW.
علاوة على ذلك، تستكشف الأبحاث تأثير العوامل المناخية البعيدة، وتحديدًا النينيو- oscillation الجنوبية (ENSO) وثنائي القطب في المحيط الهندي (IOD)، على حدوث MHWs. تكشف تحليلات الارتباط المتبادل أن أحداث ENSO تسبق تطوير MHW بفترة تتراوح بين 2-10 أشهر، حيث تعزز ظروف النينيو شدة MHW في البحار الإندونيسية الغربية، بينما تكون لظروف اللانينا تأثير أكثر وضوحًا في المناطق الشرقية. يؤثر IOD أيضًا على MHWs، حيث تؤدي مراحل IOD الإيجابية إلى تبريد المياه السطحية وتسمح المراحل السلبية بوجود الشذوذات الدافئة. بشكل عام، تؤكد الدراسة على التفاعل المعقد بين الآليات المحلية والبعيدة في دفع MHWs، خاصة في منطقة SJ، التي تشهد أكثر الأحداث شدة وطولًا، مما يشكل تهديدات كبيرة للنظم البيئية البحرية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1504995
Publication Date: 2025-05-08
Author(s): Nining Sari Ningsih et al.
Primary Topic: Geological and Geophysical Studies
Overview
This study investigates the mechanisms driving marine heatwaves (MHWs) in Indonesian waters over the past 40 years, highlighting an increase in the frequency and duration of these events, alongside a decline in their maximum intensity due to global warming. The analysis focuses on six key regions: Western Sumatra, Southern Java, Java Sea, Makassar Strait, Maluku Sea, and Northern Papua. Findings indicate that heat advection is the primary driver of sea surface temperature (SST) warming and MHW events in Southern Java and Western Sumatra, with regression coefficients of 0.69 and 0.60, respectively, at a 99% confidence level. In contrast, entrainment predominantly influences MHWs in the other regions, with coefficients ranging from 0.82 to 1.33.
The study also reveals that MHW occurrences are more frequent during El Niño-Southern Oscillation (ENSO) phases compared to Indian Ocean Dipole (IOD) phases, suggesting a stronger influence of ENSO on MHW formation. Time lags between ENSO events and MHW occurrences vary, with western regions experiencing delays of 3 to 10 months, while eastern regions show shorter lags of 0 to 2 months. The research underscores the significant impacts of MHWs on upwelling intensity and marine ecosystems, particularly in Southern Java, where extreme MHWs have led to reduced chlorophyll-a concentrations and weakened upwelling processes. The study calls for further research to explore the role of wind speed in these dynamics and emphasizes the need for predictive modeling to mitigate the impacts of MHWs on fisheries and marine biodiversity.
Introduction
The introduction of the research paper highlights a significant warming trend in sea surface temperature (SST) in Indonesian waters, which increased by 0.19 ± 0.04°C per decade from 1982 to 2014, exceeding the global average. This rise in SST is linked to an increased frequency of extreme weather events, particularly tropical cyclones, and is projected to exacerbate these occurrences due to ongoing global warming. Additionally, the introduction discusses the alarming rise in marine heatwaves (MHWs), which have increased globally by over 50% from 1925 to 2016, and are expected to persist and intensify through 2100. MHWs significantly affect oceanic and atmospheric dynamics, disrupt marine ecosystems, and impact fisheries, particularly in regions like Southern Java (SJ), which is characterized by frequent MHW events and strong upwelling.
The study aims to investigate the mechanisms driving MHW formation in Indonesian waters, focusing on both local factors, such as heat budget dynamics, and remote influences like the Indian Ocean Dipole (IOD) and El Niño-Southern Oscillation (ENSO). It also seeks to explore the impact of MHWs on upwelling variability in SJ, a crucial fishing ground for tuna. The introduction underscores the need for a comprehensive understanding of MHWs in Indonesia, as existing research has primarily concentrated on specific regions, leaving a gap in knowledge regarding their broader implications and interactions with local upwelling processes.
Results
The results of the study indicate a notable increase in the frequency and duration of marine heatwaves (MHWs) in the Indonesian seas over the past 40 years, as corroborated by previous research (Beliyana et al., 2023). Despite this increase, the maximum intensity of MHWs has shown a decline, which is likely attributed to the overarching effects of global warming. The study emphasizes that the mechanisms underlying MHW formation in this region remain inadequately understood, necessitating further investigation.
In light of the persistent warming trend, the research anticipates that MHWs will become more frequent and intense in the future. To address this, the study explores various local and remote factors that may contribute to the formation of MHWs in Indonesian waters. Additionally, it underscores the implications of these extreme warming events on upwelling intensity, which is critical for marine ecosystems and fisheries in the region.
Discussion
In this section, the research discusses the identification and analysis of Marine Heat Waves (MHWs) using Sea Surface Temperature (SST) data from 1982 to 2021. MHWs are defined as anomalously warm water events that exceed the 90th percentile threshold for SST, persisting for at least five consecutive days. The study employs a heat budget analysis to quantify the contributions of atmospheric and oceanic processes to MHW formation in Indonesian waters, utilizing equations that account for temperature change, net air-sea heat flux, horizontal advection, and entrainment. The findings indicate that advection significantly influences temperature changes in the southern Java (SJ) and western (WS) regions, while entrainment plays a more dominant role in other areas. The analysis highlights the critical role of the Indonesian Throughflow (ITF) in transporting warm water and emphasizes the need for direct oceanic observations to improve understanding of SST variability and MHW dynamics.
Furthermore, the research explores the influence of remote climatic factors, specifically the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and Indian Ocean Dipole (IOD), on MHW occurrences. Cross-correlation analyses reveal that ENSO events precede MHW development by 2-10 months, with El Niño conditions enhancing MHW intensity in western Indonesian seas, while La Niña conditions have a more pronounced effect in eastern regions. The IOD also affects MHWs, with positive IOD phases cooling surface waters and negative phases allowing warm anomalies to persist. Overall, the study underscores the complex interplay between local and remote forcing mechanisms in driving MHWs, particularly in the SJ region, which experiences the most intense and prolonged events, posing significant threats to marine ecosystems.