A study on the seasonality of ocean circulation and its mechanisms in the Amundsen Sea, West Antarctica

Abstract

최근 급격히 빨라진 서 남극해 빙붕들의 감소는 빙붕 저층으로 고온 고염의 환 남극 심층수 (Circumpolar Deep Water; CDW) 고온수가 유입되며 발생하는 것으로 알려졌다. 빙붕의 저층으로 환 남극 심층수가 유입되면서 빙붕의 기저부가 빠르게 녹으며 그로인한 융빙수는 다시 바다 쪽으로 빠져 나가는 순환을 보인다. 서남극중에서도 아문젠해의 빙붕들의 감소가 빠르게 일어나며 아문젠해의 남서쪽에 위치한 닷슨 빙붕의 감소는 빙붕의 기저부 융해가 빠르게 나타난다. 닷슨 빙붕은 닷슨-겟츠 트로프를 통하여 해양의 열이 빙붕쪽으로 유입된다. 이 연구에서는 닷슨 빙붕앞에 설치한 장기간 무어링 관측에서 얻은 유속과 수온, 염분 자료를 이용하여 닷슨 빙붕으로 유입되고 빠져 나가는 유속의 계절변동성 및 연간 변동성과 이에 영향을 미치는 지역적 요인 들에 대해 알아보았다. 닷슨 빙붕의 동쪽에서는 빙붕으로 유입하는 고온 고염의 남향류가 최대 유속을 보였다. 반면 빙붕의 서쪽에서는 염분이 낮은 융빙수가 중층에 북향류를 따라 빙붕으로부터 방출되었다. 빙붕 앞에서 고온수의 존재는 열 수송과 관련이 있다. 여름철의 열수송량은 (182 MW m-1) 가을, 겨울 철 (51 MW m-1) 에 비하여 약 3.5 배 많았으며 뚜렷한 계절 변동성을 보여주었다. 빙붕의 동쪽으로 유입하는 남향류는 이 지역의 Ocean surface stress curl (OSSC) 과 관련이 있다. 빙붕의 서쪽에서 융빙수의 방출은 가을철에 가장 많이 나타났으며 봄철에 가장 적게 나타났다. 또한 융빙수는 빙붕의 동쪽에서 고온수의 유입과 약 2-3 달의 시간적 지연을 가지고 잘 일치하였다. 빙붕으로의 열 수송과 융빙수 방출의 뚜렷한 계절변동성은 기존에 이 해역에서 이루어진 여름철 관측 만으로는 빙붕의 융해를 정량화 하는데 한계가 있음을 보여준다. 닷슨 빙붕 인근에서 해양의 순환은 해빙의 계절적 분포와 바람에 영향을 받으며 빙붕의 융해의 계절변동에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 선행 연구에서는 닷슨-겟츠 골에서 mCDW의 두께의 연간 변동을 보여주었고 이는 지역 대기 순환과 관련이 있음을 밝혔다. 닷슨 빙붕 앞에서 2014년 1월부터 2016년 1월, 2018년 1월부터 2020년 1월까지 두차례 장기 계류 관측에서 얻어진 수온과 유속은 두 시기에 상당한 차이를 보였다. 2018-2020년에 고온수 층의 두께는 2014-2016년 보다 두꺼워졌으며 (약 100 m 이상) 중층에서 밀도의 계절변동성 또한 더 증가하였다. 반면에 빙붕으로 유입하는 남향류는 감소하는 경향을 보였다. 두 시기의 해양 환경의 차이에 의해 지역 대기 순환에 대한 해양의 반응도 달라졌다. 상대적으로 바다가 차가웠던 2014-2016년에는 OSSC에 의해 빙붕으로 유입하는 남향류가 강해졌다. 반면 바다가 따뜻했던 2018-2020년 에는 OSSC에 의해 down-welling이 일어나 중층에서 밀도 변화가 크게 나타났다. 그 결과로 2018-2020년 관측 시기에 중층이하에서 북향류가 두드러지게 발생하였다.

The recent rapid melting in the West Antarctic ice shelves is known to be caused by the inflow of warm and salty Circumpolar Deep Water to the bottom of the ice shelf. The Circumpolar Deep Water flows into the bottom of the ice shelf and induces basal melting, and the resulting meltwater is exported to the sea again. The decline of the Amundsen Sea ice shelves in West Antarctica occurs rapidly, and the basal melting of the Dotson Ice Shelf located in the southwest of the Amundsen Sea is particularly pronounced. In the Dotson Ice Shelf, heat transport from the ocean flows toward the ice shelf through the Dotson-Getz trough. In other to understand the seasonal and variability of warm water flowing into the ice shelf and meltwater discharge, and the regional factors affecting them, this study use the current velocity, and water properties data, which is obtained from the long-term bottom-mounted mooring arrays in front of the Dotson Ice Shelf. In the eastern flank of the Dotson Ice Shelf, the warm and salty southward velocity is dominant and summertime maximum. On the other hand, in the west flank, colder and fresher meltwater is observed in the middle layer and is discharged from the ice shelf along the northward flow. Warm water in front of an ice shelf is involved in heat transport. Heat transport in summer (182 MW m-1) showed distinct seasonal variability and was about 3.5 times greater than that in autumn and winter (51 MW m-1). The southward flow to the eastern flank of the ice shelf was related to the ocean surface stress curl (OSSC). The discharge of meltwater from the western flank of the ice shelf was greatest in autumn and least in spring. The meltwater discharge coincided well with the inflow of warm water from the east of the ice shelf with a time delay of about 2-3 months. The distinct seasonal variability of heat inflow and the discharge of meltwater suggests that there is a limit to quantifying the ice shelf meltwater using only summertime observations in this sea area. Ocean circulation near the Dotson Ice Shelf is influenced by the seasonal distribution of sea ice and wind, and plays a very important role in the seasonal variation of ice shelf melting. A previous study identified an inter-annual variation in the thickness of modified Circumpolar Deep Water layer in the Dotson-Getz Trough and revealed that it was related to the local atmospheric circulation. In front of the Dotson Ice Shelf, the water temperature and current velocity obtained from two multi-year mooring observations from January 2014 to January 2016 and January 2018 to January 2020 showed significant differences between the two periods. In 2018-2020, the thickness of the warm layer was thicker than that in 2014-2016 (more than about 100 m), and the seasonal variability of density in the middle layer also increased. On the other hand, the southward velocity into the ice shelf showed a decrease. Differences in the ocean condition during the two periods also changed the response of the ocean to local atmospheric circulation. In the cold spell (2014-2016), the southward velocity into the ice shelf was dominated by the OSSC. On the other hand, in the warm spell (2018-2020), down-welling occurred by OSSC caused seasonal variation of density in the middle layer. As a result, the northward flow was observed prominently in the lower middle layer during 2018-2020.