DOI: https://doi.org/10.1007/s10872-025-00747-x
تاريخ النشر: 2025-02-13
المؤلف: Shusaku Sugimoto وآخرون
الموضوع الرئيسي: العمليات المحيطية والجوية
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على التغيرات المحيطية الكبيرة قبالة ساحل سانريكو في اليابان، لا سيما حيث يتفاعل امتداد كوروشي (KE) مع الأويشي. ومن الجدير بالذكر أنه من أبريل 2023 إلى شتاء 2024، أظهر KE انحرافًا شماليًا شديدًا، حيث وصل إلى خطوط عرض 40° شمالًا، وهو أمر غير معتاد لهذا التيار. تشكلت دوامة مضادة للدوران من الحافة الشمالية لـ KE في أواخر مايو 2024، مما دفع الوكالة اليابانية للأرصاد الجوية إلى إجراء مسوحات هيدروغرافية. كشفت هذه المسوحات عن استبدال كبير للمياه الباردة العذبة تحت القطبية بمياه دافئة مالحة كثيفة من المناطق شبه الاستوائية، حيث كانت درجات الحرارة في أعماق 50-400 دبار أعلى بحوالي 10 درجات مئوية من المتوسطات التاريخية.
بالإضافة إلى ذلك، أشارت بيانات الأقمار الصناعية إلى درجات حرارة سطح البحر القياسية، مع زيادة قدرها +4.9 درجة مئوية، وظروف موجات حرارية بحرية مستمرة طوال هذه الفترة. بحلول شتاء 2024، أطلق المحيط فائضًا قدره 300 واط م\(^{-2}\) في تدفق الحرارة المضطرب إلى الغلاف الجوي، مما ساهم في ارتفاع درجات حرارة الهواء ومستويات الرطوبة. تؤكد الدراسة على ضرورة مراقبة هذه الظروف المحيطية غير المسبوقة وتقييم آثارها على النظام البيئي البحري، ومصائد الأسماك، والاقتصاد المحلي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التفاعلات المعقدة بين التيارات البحرية المختلفة قبالة ساحل سانريكو في اليابان، وتحديدًا مياه الأويشي الباردة والمياه الأويشية، ومياه كوروشي/امتداد كوروشي (KE) ومياه تيار تسوغارو الدافئ. تؤثر هذه التفاعلات بشكل كبير على مجالات درجة الحرارة والملوحة، مما يؤثر بدوره على توزيع مناطق الصيد وجودة الأنواع البحرية المزروعة، مثل الكريل (Euphausia pacifica) والواكامي (Undaria pinnatifida). تعتبر الميزات الهيدروغرافية في المنطقة حاسمة لاستدامة واحدة من أكثر مصائد الأسماك إنتاجية في اليابان، مما يبرز الأهمية الاقتصادية لهذه النظم البيئية البحرية.
تشير المقدمة أيضًا إلى تأثير رياح المونسون الشتوية، المتأثرة بالدورات المرتبطة بظاهرة النينيو البعيدة، والتي تؤدي إلى إطلاق حرارة كبيرة من المحيط إلى الغلاف الجوي. يؤثر هذا الإطلاق الحراري على درجة حرارة الغلاف الجوي، وضغط مستوى سطح البحر، وهطول الأمطار، مما يساهم في تنظيم مسارات العواصف ويؤثر على الدورة الجوية على نطاق واسع. ومن الجدير بالذكر أنه منذ يوليو 2022، أظهر KE انحرافًا شماليًا غير مسبوق، حيث وصل إلى مواقع لم يتم تسجيلها منذ بدء الملاحظات عبر الأقمار الصناعية في عام 1993. تهدف هذه الدراسة إلى تحليل البيانات الهيدروغرافية التي تم جمعها خلال رحلة JMA KS24-03 في مايو 2024، جنبًا إلى جنب مع بيانات الملاحظات الأخرى، للتحقيق في آثار هذا السلوك المتطرف لـ KE على الظروف المحيطية والجوية، وبالتالي تعزيز فهم التفاعل بين التيارات البحرية الكبيرة وديناميات المناخ الإقليمي.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على ملفات درجة الحرارة (T) والملوحة (S) من الرحلة KS24-03، الجزء 2 من السفينة R/V Keifu maru التابعة للوكالة اليابانية للأرصاد الجوية، التي أجريت في 25-26 مايو 2024، وتم أرشفتها في قاعدة بيانات المحيطات العالمية. تم تطبيق مراقبة الجودة على هذه الملفات وفقًا لمنهجية سوغيموتو وآخرون (2017ب). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مجموعة بيانات T-S الشهرية الموزعة من أرشيف رويميش-غيلسون، مع إجراء الاستيفاء العمودي باستخدام طريقة أكيما. تم حساب المعلمات المحيطية الرئيسية مثل درجة الحرارة المحتملة ($\theta$)، وشذوذ الكثافة المحتملة ($\sigma_\theta$)، والدوران المحتمل ($Q$)، وعمق الطبقة المختلطة (MLD)، حيث تم تعريف $Q$ على أنه $Q = gf \frac{\partial \sigma_\theta}{\partial p}$، حيث $g$ هو تسارع الجاذبية، و$f$ هو معامل كوريوليس، و$p$ هو الضغط.
تم حساب محتوى حرارة المحيط (OHC) لعمق يزيد عن 700 م باستخدام السعة الحرارية النوعية لمياه البحر ($C_p = 3992 \, \text{J kg}^{-1} \text{K}^{-1}$). تم استخدام بيانات ارتفاع سطح البحر (SSH) وسرعة التيار المستمدة من الأقمار الصناعية من خدمة مراقبة البيئة البحرية كوبيرنيكوس، جنبًا إلى جنب مع بيانات درجة حرارة سطح البحر (SST) التشغيلية اليومية من مكتب الأرصاد الجوية البريطاني. تم تعريف موجات الحرارة البحرية (MHWs) بناءً على تجاوز SST النسبة المئوية 90 من المناخ لمدة 30 عامًا لمدة خمسة أيام متتالية على الأقل، مع تصنيف الشدة إلى أربعة مستويات. كما شملت الدراسة المتغيرات الجوية من إعادة تحليل ERA5، بما في ذلك درجة حرارة الهواء والرطوبة، واستخدمت مؤشر كتلة الهواء البارد (CAM) لتقييم تفجيرات الهواء البارد، المحسوبة بناءً على العمق العمودي للغلاف الجوي تحت درجة حرارة محتملة محددة ($T = 280 \, \text{K}$).
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على التغيرات المحيطية الكبيرة التي لوحظت قبالة ساحل سانريكو خلال شتاء وربيع 2024، والتي يقودها بشكل أساسي الانحراف الشمالي الشديد لامتداد كوروشي (KE). أدى هذا الظاهرة إلى وجود مياه دافئة ومالحة، وتحديدًا مياه نمط شبه الاستوائية (STMW)، عند خطوط عرض شمال 40° شمالًا، وهي منطقة تتميز عادةً بمياه باردة وعذبة تحت القطبية. كانت درجة الحرارة المحتملة والملوحة الملحوظة في أعماق 50-400 دبار أعلى بكثير من المتوسطات التاريخية، مما أدى إلى محتوى حرارة المحيط (OHC) أعلى بحوالي ثلاثة أضعاف مما كان عليه في العقود السابقة. كما كان عمق الطبقة المختلطة الشتوية أعمق بكثير، حيث وصل إلى حوالي 400 دبار، وهو أمر غير مسبوق لهذه المنطقة.
ساهمت درجات حرارة المحيط المتزايدة وOHC في إطلاق استثنائي لتدفق الحرارة المضطرب (THF) إلى الغلاف الجوي، تقريبًا ضعف المتوسط التاريخي، مما أدى إلى درجات حرارة هواء سطحية قياسية وارتفاع مستويات بخار الماء. من المحتمل أن تكون هذه التغيرات الجوية مرتبطة بأنماط الطقس المتطرفة التي لوحظت في اليابان، بما في ذلك صيف حار بشكل ملحوظ في 2023 وشتاء دافئ بشكل غير عادي في 2024. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى المراقبة المستمرة والملاحظات في الموقع لتقييم الآثار طويلة الأجل لهذه الظروف المحيطية الشاذة على النظم البيئية البحرية ومصائد الأسماك، لا سيما مع ملاحظة التحولات في تجمعات الأسماك بالفعل.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10872-025-00747-x
Publication Date: 2025-02-13
Author(s): Shusaku Sugimoto et al.
Primary Topic: Oceanographic and Atmospheric Processes
Overview
The research highlights significant oceanographic changes off the Sanriku coast of Japan, particularly where the Kuroshio Extension (KE) interacts with the Oyashio. Notably, from April 2023 to winter 2024, the KE exhibited an extreme northward meander, reaching latitudes of 40°N, which is atypical for this current. An anticyclonic eddy formed from the KE’s northern edge in late May 2024, prompting hydrographic surveys by the Japan Meteorological Agency. These surveys revealed a substantial replacement of cold-fresh subarctic water with thick warm-salty subtropical water, with temperatures at depths of 50-400 dbar being approximately 10 °C higher than historical averages.
Additionally, satellite data indicated record-high sea surface temperatures, with an increase of +4.9 °C, and persistent marine heatwave conditions throughout this period. By winter 2024, the ocean released an excess of 300 W m\(^{-2}\) in turbulent heat flux to the atmosphere, contributing to elevated air temperatures and humidity levels. The study emphasizes the necessity of monitoring these unprecedented ocean conditions and assessing their implications for the marine ecosystem, fisheries, and the local economy.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the complex interactions between various ocean currents off the Sanriku coast of Japan, specifically the cold Coastal Oyashio and Oyashio waters, and the warm Kuroshio/Kuroshio Extension (KE) and Tsugaru Warm Current waters. These interactions significantly influence the temperature and salinity fields, which in turn affect the distribution of fishing grounds and the quality of cultivated marine species, such as krill (Euphausia pacifica) and wakame (Undaria pinnatifida). The region’s hydrographic features are crucial for sustaining one of Japan’s most productive fisheries, highlighting the economic importance of these marine ecosystems.
The introduction also notes the impact of winter monsoonal winds, influenced by remote El Niño-related circulations, which lead to substantial heat release from the ocean to the atmosphere. This heat release affects atmospheric temperature, sea level pressure, and precipitation, contributing to the organization of storm tracks and influencing large-scale atmospheric circulation. Notably, since July 2022, the KE has exhibited an unprecedented northward meander, reaching positions not recorded since satellite observations began in 1993. This study aims to analyze the hydrographic data collected during the JMA KS24-03 cruise in May 2024, alongside other observational data, to investigate the effects of this extreme KE behavior on oceanic and atmospheric conditions, thereby enhancing understanding of the interplay between large-scale ocean currents and regional climate dynamics.
Methods
In this study, temperature (T) and salinity (S) profiles were obtained from the KS24-03 cruise leg 2 of the JMA R/V Keifu maru, conducted on May 25-26, 2024, and archived in the World Ocean Database. Quality control was applied to these profiles following the methodology of Sugimoto et al. (2017b). Additionally, a monthly gridded T-S dataset from the Roemmich-Gilson Argo Climatology was utilized, with vertical interpolation performed using the Akima method. Key oceanographic parameters such as potential temperature ($\theta$), potential density anomaly ($\sigma_\theta$), potential vorticity ($Q$), and mixed layer depth (MLD) were calculated, with $Q$ defined as $Q = gf \frac{\partial \sigma_\theta}{\partial p}$, where $g$ is gravitational acceleration, $f$ is the Coriolis parameter, and $p$ is pressure.
The ocean heat content (OHC) was computed for depths above 700 m using the specific heat capacity of seawater ($C_p = 3992 \, \text{J kg}^{-1} \text{K}^{-1}$). Satellite-derived sea surface height (SSH) and current velocity data from the Copernicus Marine Environment Monitoring Service were employed, alongside daily operational sea surface temperature (SST) data from the UK MetOffice. Marine heatwaves (MHWs) were defined based on SST exceeding the 90th percentile of the 30-year climatology for at least five consecutive days, with intensity categorized into four levels. The study also incorporated atmospheric variables from the ERA5 reanalysis, including air temperature and humidity, and utilized the cold air mass (CAM) index to assess cold air outbreaks, calculated based on the vertical depth of the atmosphere below a specified potential temperature ($T = 280 \, \text{K}$).
Discussion
The discussion highlights significant oceanographic changes observed off the Sanriku coast during the winter and spring of 2024, primarily driven by the extreme northward meander of the Kuroshio Extension (KE). This phenomenon resulted in the presence of warm, salty water, specifically Subtropical Mode Water (STMW), at latitudes north of 40°N, a region typically characterized by cold, fresh subarctic water. The observed potential temperature and salinity at depths of 50-400 dbar were markedly higher than historical averages, leading to an ocean heat content (OHC) approximately three times greater than in previous decades. The winter mixed layer depth was also significantly deeper, reaching about 400 dbar, which is unprecedented for this region.
The increased ocean temperatures and OHC contributed to an extraordinary release of turbulent heat flux (THF) into the atmosphere, approximately double the historical average, resulting in record-high surface air temperatures and elevated water vapor levels. These atmospheric changes are likely linked to the observed extreme weather patterns in Japan, including a notably hot summer in 2023 and an unusually warm winter in 2024. The study underscores the need for ongoing monitoring and in-situ observations to assess the long-term impacts of these anomalous ocean conditions on marine ecosystems and fisheries, particularly as shifts in fish populations have already been noted.