Индонезийское течение: структура, транспорт и влияние на климат

Введение

Океанское течение

Индонезийский проток (ITF) — это океанское течение, имеющее важное значение для глобального климата, обусловленное переносом теплых, относительно пресных вод с низких широт из северной части Тихого океана в Индийский океан. Таким образом, оно является основной верхней ветвью глобального тепло-солевого конвейера.

Причины и последствия

В среднем каждый день уровень воды в этой части дальнего запада Тихого океана выше, чем в прилегающей части Индийского океана. Эта разница приводит верхние термоклиновые воды "вниз" по течению через глубокий, прямой, западный, север-южный Макассарский пролив, где они встречаются с объединенными Яванским и Банда морем. Около 15% этого объема затем выходит непосредственно через очень узкий пролив Ломбок. Более слабые потоки, более соленые и плотные воды Южной части Тихого океана незначительно увеличивают приток в Банда через проход Лифаматола, оба притока смешиваются там из-за его границ, приливов, насосного эффекта Экмана, а также потоков тепла и пресной воды. Из этого моря 85% ИТФ использует широкий Тиморский и узкий Омбайский проходы. Расположение и топография каналов, составляющих ИТФ, показаны на вставке. Пролив Ломбок имеет глубину 300 м и ширину около 35 км, а течения варьируются от 0,286 м/с на восток до 0,67 м/с на запад, в среднем – 0,25 м/с на запад. Течения в Омбае варьируются от 0,12 м/с на восток до 0,16 м/с на запад, в среднем – 0,11 м/с на запад, и направлены в глубоком проходе глубиной 1250 м и шириной 35 км. Тиморский проход, глубиной 1890 м и шириной 160 км, является самым широким из выходов и имеет среднюю скорость только 0,02 м/с. С 2004 по 2006 год 11 буев были развернуты в районах входа и выхода ИТФ и расположены для точного измерения вклада каждого прохода в рамках международной программы INSTANT (International Nusantara Stratification and Transport). Исследование с использованием Принстонской океанической модели показало, что ИТФ имеет максимальный объем транспортировки из Тихого океана в Индийский океан через пролив Саву (~6/5 Св, 1 Св = 106 м³/с), за которым следуют Тиморский проход (~3,5/2 Св) и пролив Ломбок (~2/1,75 Св), таким образом, общий объем транспортировки ИТФ составляет ~10/9 Св. Также отмечено, что ИТФ повышает температуру южной части Индийского океана, но не оказывает существенного влияния на соленость поверхности Индийского океана. Поток через Макассар (11,6 Св) и Лифаматола (1,1 Св) суммарно составляет 12,7 Св. Общий отток транспорта соответствует 15,0 Св (от 10,7 до 18,7 Св) и состоит из вкладов Ломбока (2,6 Св), Омбая (4,9 Св) и Тимора (7,5 Св). Тепловой транспорт Индонезийского потока составляет 1,087 ПВт (1 ПВт = 1015 Вт). Турбулентная кинетическая энергия (ТКЭ) ИТФ составляет порядка 10−3 м²/с² в верхнем слое, а в среднем слое – 10−4 м²/с². Соответствующие значения скорости диссипации ТКЭ ИТФ составляют порядка 10−6 м²/с³ и 10−8 м²/с³, что указывает на то, что этот регион архипелагов ИТФ характеризуется высокой турбулентностью и высокой теплорассеивающей способностью. Циркуляция и транспорт в Индонезийских морях меняются вместе с крупномасштабным муссонным потоком. В период с июня по август юго-восточные ветры юго-западного муссона преобладают над Индонезией и вызывают сильную дивергенцию Экмана (поток на юго-запад в Южном полушарии, что увеличивает ИТФ до 15 Св), в то время как с декабря по февраль северо-западные ветры северо-западного муссона служат для прямого уменьшения ИТФ. Во время переходов муссонов сильные западные ветры в восточной части Индийского океана вызывают экваториальные низвергающиеся волны Кельвина (движение на восток, восточный поток), которые распространяются через индонезийские проходы в виде прибрежных волн Кельвина и служат для уменьшения потока ИТФ, достигая минимума в апреле – 9 Св. Другой взгляд на это заключается в том, что понижение уровня воды на стороне Индийского океана повышает уровень моря и, следовательно, уменьшает нормальный градиент давления между Тихим и Индийским океанами, уменьшая поток. В глобальном масштабе океанские волны, такие как экваториальные/прибрежные волны Кельвина и Россби, вызывают межгодовую изменчивость ИТФ с амплитудой примерно +/- 3 Св. Западно-центральные западные ветры во время Эль-Ниньо вызывают движущиеся на запад экваториальные волны Россби и восточные течения, которые достигают восточной Новой Гвинеи и распространяются вдоль западного побережья в виде прибрежных волн Кельвина и вниз по ИТФ вдоль побережья западной Австралии, что приводит к уменьшению ИТФ. Подъем воды (то есть понижение уровня моря), связанный с волнами Россби на тихоокеанской стороне, уменьшает градиент давления между Тихим и Индийским океанами и уменьшает ИТФ. Межгодовая изменчивость западных ветров в Индийском океане действует аналогично сезонным экваториальным волнам Кельвина, уменьшая нормальный западный поток ИТФ. Важной особенностью Индонезийского потока является то, что поскольку вода в западной экваториальной части Тихого океана имеет более высокую температуру и более низкую соленость, чем вода в Индийском океане, поток транспортирует большие объемы относительно теплой и пресной воды в Индийский океан. Когда Индонезийский поток (через пролив Ломбок, Омбай и Тиморский проход) входит в Индийский океан, он направляется к Африке в пределах Индийского Южноэкваториального течения. Там он в конечном итоге покидает Индийский океан с течением Агульяс у Южной Африки в Атлантический океан. Таким образом, Индонезийский поток транспортирует значительное количество тепла Тихого океана в юго-западную часть Индийского океана, примерно вдали от пролива Ломбок.

The ocean surface of this part of the far western Pacific is on average each day higher than that in the adjacent part of the Indian Ocean. The difference drives upper thermocline water "downhill" through the deep, straight, westerly, north–south Makassar Strait then to meet the in reality combined Java Sea Banda Sea. About 15% of this then exits directly through the very narrow Lombok Strait. Weaker flows of saltier and denser South Pacific slightly augment the Banda Sea via the Lifamatola Passage, both inflows mixing there due to its bounds and tides, Ekman pumping, and heat and freshwater flux. From this sea 85% of the ITF uses the broad Timor and narrow Ombai passage. The location and topography of the channels that make up the ITF are shown inset. Lombok Strait is 300m deep and roughly 35 km wide and the currents vary between 0.286 m/s (0.6 mi/hr) eastward to 0.67 m/s westward and average 0.25 m/s westward. Currents in Ombai vary between 0.12 m/s eastward to 0.16 m/s westward, averaging 0.11 m/s westward and are funneled within the 1250m deep and 35 km wide passage. Timor passage, which is 1890 m deep by 160 km wide, is the widest of the exit pathways and averages only 0.02 m/s. From 2004 to 2006, 11 moorings were deployed across the entrance and exit regions of the ITF and were positioned to accurately measure each passage's contribution as part of the International Nusantara Stratification and Transport (INSTANT) program. A study using Princeton Ocean Model has observed that the ITF has maximum volume transport from the Pacific Ocean to Indian Ocean through Savu strait (~6/5 Sv, 1 Sv = 106 m³/s), followed by Timor passage (~3.5/2 Sv) and Lombook strait (~2/1.75 Sv) thus the gross volume transport of ITF is ~10/9 Sv and also it is observed that the ITF increases the temperature of the Southern Indian Ocean while it has no significant effect on the sea surface salinity of Indian Ocean. Flow in through Makassar (11.6 Sv) and Lifamatola (1.1 Sv) sums to 12.7 Sv. Total outflow transport corresponds to 15.0 Sv (varying from 10.7 to 18.7 Sv) and is made up of Lombok (2.6 Sv), Ombai (4.9 Sv) and Timor (7.5 Sv) contributions. Heat Transport of the Indonesian Throughflow is 1.087 PW (1 PW=1015 Watt). Turbulence Kinetic Energy (TKE) of the ITF is of the order of 10−3 m2s−2 in the upper layer whereas it is 10−4 m2s−2 in the middle layer. Corresponding values of ITF TKE dissipation rate are of the order of 10−6 m2s−3 and 10−8 m2s−3 which indicate that this ITF archipelagoes region is a highly turbulent and a high heat dissipative in nature. Circulation and transport within the Indonesian Seas vary along with large scale monsoon flow. During June to August, southeasterlies of the southwest monsoon predominate over Indonesia and drive strong Ekman divergence (southwestward flow in the Southern Hemisphere thus increasing ITF to 15 Sv) whereas from December to February, Northwest Monsoon westerlies serve to directly reduce the ITF. During monsoon transitions, strong westerly winds in the eastern Indian Ocean force equatorial downwelling Kelvin waves (eastward moving, eastward flow) that propagate through the Indonesian passages as coastally trapped Kelvin waves and serve to reduce the ITF flow with a minimum in April of 9 Sv. Another way to think about it is that downwelling on the Indian Ocean side increases sea level and so reduces the normal Pacific to Indian pressure head reducing the flow. Global scale, ocean waves such as equatorial/coastal Kelvin and Rossby waves drive interannual variation of the ITF with an amplitude of roughly +/ 3 Sv. Western central Pacific westerly winds from El Nino force westward moving equatorial Rossby waves and eastward currents that hit eastern New Guinea and propagate around the west coast as coastal Kelvin waves and down through the ITF along the west Australia Shelf coast serving to reduce the ITF. Upwelling (i. e. reduced sea level) associated with Rossby waves on the Pacific side reduces the Pacific to Indian pressure gradient and reduces the ITF. Interannual variability of Indian Ocean westerlies acts in the same manner as the seasonal equatorial Kelvin waves to reduce the normal westward ITF flow as well. An important feature of the Indonesian Throughflow is that because the water in the western equatorial Pacific Ocean has a higher temperature and lower salinity than the water in the Indian Ocean, the Throughflow transports large amounts of relatively warm and fresh water to the Indian Ocean. When the Indonesian Throughflow (through Lombok Strait, Ombai and the Timor Passages) enters the Indian Ocean it is advected towards Africa within the Indian South Equatorial Current. There it eventually exits the Indian Ocean with the Agulhas Current around South Africa into the Atlantic Ocean. So the Indonesian Throughflow transports a significant amount of Pacific Ocean heat into the southwest Indian Ocean, which is approximately away from the Lombok Strait.