The Rough Ocean

I Rough Ocean-prosjektet studerte vi ulike effekter av batymetri (havbunnen) på havstrømmer. "Fysisk oseanografi" angår dynamikken i havet, en viktig komponent i klimasystemet. Mens noen aspekter er kjente (Golfstrømmen, Atlantic Meridional Overturning Circulation eller AMOC), er mange detaljer ikke allment kjent. Teorien for feltet utviklet seg over det 20. århundre, spesielt siden slutten av 1940-tallet. Mye av det tidlige arbeidet var basert på modeller som nødvendigvis forenklet dynamikken, for å tillate løsninger. Et betydelig eksempel var antagelsen om en flat havbunn. Faktisk tror mange havforskere selv i dag at bunnen ikke er så viktig for strømmer i stor skala. Men vi vet at disse strømmene styres av batymetri, inkludert Golfstrømmen og den norske Atlanterhavsstrømmen. Og det begynner å bli klart at småskalafunksjoner (sjøfjell og ruhet) også påvirker havstrømmer. I prosjektet så vi på ulike aspekter ved strøm-batymetri-interaksjoner. Prosjektet involverte samarbeid med teoretikere fra University of California (Scripps), modellbyggere fra Florida State University (FSU), og maringeologer fra Frankrike, Tasmania og Universitetet i Oslo. En rekke interessante resultater ble oppnådd, og nå ser flere forskere på topografiske effekter i havet. I en tidlig studie viste vi hvordan Golfstrømmen og dens medfølgende virvler påvirkes av bunnruhet, både idealisert og realistisk tilfeldig. Et bemerkelsesverdig funn fra FSU var at havfjell med skalaer på noen få km påvirker Golfstrømmens variasjon. Dette er viktig for klimamodeller, som har mye grovere oppløsning. Og funksjonene trenger ikke være så høye – selv 10 m høye funksjoner kan spille en rolle. Batymetri påvirker også planetbølgene, enorme trekk som forplanter seg vestover i alle de store havbassengene. Det gjør det ved å få bølgene til å bli mer overflatefanget; dette påvirker igjen deres skala og hastighet. Dette er viktig for parameteriseringer av virvelblanding i klimamodeller. Men det påvirker også stabiliteten deres. Etter en studie fra 2004 med en flatbunnsmodell, studerte vi hvordan planetariske bølger utvikler seg over grov batymetri. Som tidligere funnet, kan bølgene være ustabile og bryte inn i mindre virvler. Men virvlene har svært forskjellige skalaer, som er sterkt begrenset av batymetrien. En implikasjon av det foregående arbeidet var forestillingen om at oseaniske jetter, som Golfstrømmen, har en foretrukket bredde. Dette har knapt vært diskutert i litteraturen. Ved hjelp av enkel teori og omfattende observasjoner demonstrerte vi at dette er tilfelle. Jetbredder bestemmes av tetthetsstratifisering og breddegrad over hele verden. Vi har også studert topografiske effekter på høyere breddegrader, i de nordiske hav og Arktis. Her er tetthetsstratifiseringen svakere, noe som gjør topografiske interaksjoner enda viktigere. Vi studerte hvordan batymetri tillater dannelsen av «Lofoten Vortex», en 50 km bred, virvlende strømning som har eksistert i Lofotbassenget så lenge observasjoner eksisterer. Og med samarbeidspartnere fra Scripps undersøkte vi hvordan vinder og virvler driver bassengskala. Sammen med våre Tasmanske samarbeidspartnere studerte vi hvordan den tektoniske bevegelsen til Australia og Sør-Amerika påvirket dannelsen av den antarktiske sirkumpolare strømmen ("ACC", den største strømmen i verden). Da begge kontinentene drev bort fra Antarktis, for omtrent 30 millioner år siden, ble ACC dannet og gyrene som tidligere var der, sluttet å eksistere. Som et resultat falt temperaturene på Antarktis bratt, noe som muliggjorde dannelsen av det antarktiske isdekket. Samarbeidspartnerne oppdaget også en stor undersjøisk forekomst av CO2. Vi viste at oppveksten som startet nær kontinentet, og forårsaket planteplanktonoppblomstring nær kysten, kunne ha bidratt til å trekke ned CO2 fra atmosfæren, og bidratt til en forbløffende nedgang på ~450 ppm. Batymetri spiller også en nøkkelrolle i AMOC, og hvordan det systemet endres under klimaendringer. Ved å studere simuleringer der CO2 ble økt i atmosfæren, viste vi hvordan ferskvann fra smeltende sjøis svekket sirkulasjonen. Spesielt blir ferskvannet styrt av batymetri, og kommer inn i det indre like nord for Golfstrømmen og svekker det. Vi viste også hvordan det samme ferskvannet er ansvarlig for "North Atlantic Warming Hole", et unormalt kaldt område av overflatehavet sør for Island. Også dette styres av batymetri. Mange interessante spørsmål gjenstår med hensyn til dette ofte forsømte aspektet ved havdynamikk. Håpet er at Rough Ocean-prosjektet har bidratt på en meningsfull måte til å fremme vår kunnskap.

Many theories of ocean circulation neglect bottom topography. Recent observational and theoretical evidence suggests to the contrary that topography exerts a dominating influence on the vertical structure of time-varying oceanic flows. The proposed work seeks to bridge the gap between oceanographic theory, observations and full complexity numerical models by examining interactions between specific flows and topography, both idealized and realistic. The project also aims to strengthen interactions between physical oceanography and marine geology, two disciplines which often have been independent. Results from The Rough Ocean project will help improve the use of satellite-derived ocean data, aid the interpretation and running of climate models, improve ocean prediction and open possibilities for future inter-disciplinary work.