East–west contrasting changes in Southern Indian Ocean Antarctic Bottom Water salinity over three decades

Abstract

Antarctic Bottom Water (AABW) characteristics, derived from multiple water sources with various properties, are significantly affected by and contribute to climate change. However, the in-depth causes of these changes are not well-understood. Here, I aimed to analyse the east–weAst contrasting pattern of changes in AABW characteristics in Southern Indian Ocean (SIO). Over the last three decades, AABW has become warmer and more saline in the western SIO (WSIO) but warmer and fresher in the eastern SIO (ESIO), based on hydrographic observations since 1990. The warming and salinification of WSIO AABW are primarily explained by water source mixing ratios since the 1990s. In contrast, the warming and freshening of ESIO AABW are not explained by changes in the mixing ratio; instead, they are properties of the source waters during the same period. The east–west contrasting pattern of AABW salinity changes, in addition to overall warming, have imperative consequences in terms of poleward AABW transport and sea level rise within and beyond the SIO.

전지구적 대양 컨베이어벨트로 알려진 열염순환/자오면 순환의 핵심 요소 중 하나인 남극저층수(Antarctic Bottom Water; 이하 AABW)는 서로 다른 특성의 몇몇 기원수(source water) 혼합으로 남빙양(남극해)에서 형성된다. 특히 남빙양 인도양 구역의 서부(WEST, 50oS이남, 30oE)와 동부(EAST, 50oS이남, 110-115oE)에서는 AABW가 각각 Cape Darnley Bottom Water (CDBW), Weddell Sea Deep Water (WSDW), Low Circumpolar Deep Water (LCDW)와 Ross Sea Bottom Water (RSBW), Adelie Land Bottom Water (ALBW), LCDW로 구성된다. 본 연구에서는 지난 1990년대와 2010년대에 WEST와 EAST에서 수집된 수심별 수온 및 염분 자료를 이용하여 그 장기 변화를 비교·분석하였으며, 그 원인 규명을 위해 Optimum Multiparameter Analysis 방법을 적용하여 기원수 각각의 특성 변화와 혼합 비율 변화가 관측된 AABW 특성을 얼마나 설명할 수 있는 지 정량적으로 조사하였다. WEST에서 관측된 AABW의 수온과 염분은 지난 20여년간 0.02 ± 0.01 oC decade-1와 0.002 ± 0.001 kg g-1 decade-1의 비율로 증가했지만, EAST에서 관측된 AABW는 0.03 ± 0.01 oC decade-1와 -0.004 ± 0.001 kg g-1 decade-1의 비율로 수온이 증가하고 염분은 감소했다. WEST에서의 AABW 고온고염화는, 저염의 CDBW 혼합 비율이 66%(1990년대)에서 59%(2010년대)로 감소한 반면, 고염의 WSDW와 고온고염의 LCDW의 혼합 비율은 증가(각각 32%에서 35%, 2%에서 6%로 증가)했기 때문으로 밝혀졌다. 대조적으로 EAST에서의 AABW 고온저염화는 기원수의 혼합 비율보다 기원수 RSBW와 ALBW 자체의 고온저염화(RSBW: 0.08 oC decade-1, -0.013 kg g-1 decade-1, ALBW: 0.01 oC decade-1, -0.009 kg g-1 decade-1)에 따른 것으로 나타났다. 본 연구는 남빙양의 인도양 구역에서 AABW가 전반적으로 온난화되며 동서간의 대조적인 염분 변화(서부 고염화와 동부 저염화)가 나타나는 현상과 그 원인을 최초로 밝혀, 전지구적 열염순환/자오면 순환 장기 변화 이해 및 해수면 변동과 관련해 중요한 시사점을 가진다.