Detecting regional deep-ocean steric changes remains challenging with sea level budget analyses

तकनीकी सारांश: समुद्री स्तर बजट विश्लेषणों के साथ क्षेत्रीय गहरे महासागर के स्टेरिक परिवर्तनों का पता लगाना चुनौतीपूर्ण बना हुआ है

समस्या विवरण
2000 मीटर से नीचे गहरे महासागर के परिवर्तनों का पता लगाना और उन्हें मापना महासागरीय और जलवायु समुदायों के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती बना हुआ है, क्योंकि इन-सीटू (in situ) अवलोकनों का स्थानिक और कालिक कवरेज विरल है। जबकि वैश्विक औसत समुद्र स्तर में वृद्धि में गहरे महासागर की ऊष्मा अवशोषण का योगदान (लगभग 0.11 ± 0.10 मिमी/वर्ष) महत्वपूर्ण है, मौजूदा अनुमानों में बड़ी अनिश्चितताएं हैं। गहरे महासागर के स्टेरिक (घनत्व) परिवर्तन का अनुमान लगाने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण "अवशिष्ट विधि" (residual method) है, जो कुल समुद्र स्तर (उपग्रह अल्टीमेट्री से), महासागरीय द्रव्यमान (उपग्रह ग्रेविमेट्री/GRACE-FO से), और ऊपरी-महासागर के स्टेरिक परिवर्तन (Argo फ्लोट्स से) के बीच के अंतर की गणना करता है। इसके बढ़ते उपयोग के बावजूद, इस विधि को क्षेत्रीय स्तर पर दीर्घकालिक, प्रत्यक्ष गहरे-महासागर अवलोकनों के विरुद्ध कड़ाई से मान्य नहीं किया गया है। पिछले अध्ययनों ने मिश्रित परिणाम दिए हैं, जिनमें से कुछ सुझाव देते हैं कि शोर (noise) के कारण यह विधि गहरे संकेतों का पता लगाने में असमर्थ है, जबकि अन्य विशिष्ट क्षेत्रों में हाइड्रोोग्राफिक प्रवृत्तियों के साथ सहमति का दावा करते हैं।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने सात दीर्घकालिक हाइड्रोोग्राफिक समय-श्रृंखला स्थलों (2005-22 तक) पर सीधे देखे गए डीप स्टेरिक सी लेवल (DSSLa) के विरुद्ध अवशिष्ट अनुमानों का मूल्यांकन करके क्षेत्रीय गहरे-महासागर के स्टेरिक परिवर्तनशीलता का पता लगाने की अवशिष्ट विधि की क्षमता का परीक्षण किया। इन स्थलों में खुले महासागर के स्टेशन (BATS, HOT), पश्चिमी सीमा धारा क्षेत्र (RAPIDwest, MOVE3), और पूर्वी सीमा क्षेत्र (RAPIDeast, RAPIDmarwest, MOVE1) शामिल हैं।

समुद्र स्तर बजट ढांचा कुल समुद्र स्तर ($\eta_{total}$) को महासागरीय द्रव्यमान ($\eta_{mass}$) और स्टेरिक घटकों ($\eta_{steric}$) में विभाजित करता है। गहरे-महासागर के स्टेरिक विसंगति ($\eta_{deep}$) को अवशिष्ट के रूप में प्राप्त किया जाता है:
$$\eta_{deep} = \eta_{total} - \eta_{mass} - \eta_{upper\_steric}$$

डेटा स्रोत शामिल थे:

• कुल समुद्र स्तर: विलंबित-मोड लेवल-4 उपग्रह अल्टीमेट्री (CMEMS)।
• महासागरीय द्रव्यमान: JPL GRACE/FO रिलीज़ 06.3 मैसन (mascon) समाधान।
• ऊपरी-महासागर स्टेरिक: पांच ग्रिडेड Argo उत्पादों (BOA, IAP, GDCSM, JAMSTEC, SIO) का एन्सेम्बल मीन।
• सत्यापन डेटा: BATS, HOT, RAPID एरेज़, और MOVE एरेज़ से प्रत्यक्ष हाइड्रोोग्राफिक माप।
• बेंचमार्किंग: 'एस्टिमेटिंग द सर्कुलेशन एंड क्लाइमेट ऑफ द ओशन' (ECCO) V4r4 स्टेट एस्टीमेट, जो गतिशील रूप से सुसंगत है और स्थानीय रूप से समुद्र स्तर बजट को बंद करता है, का उपयोग विसंगतियों के निदान के लिए किया गया था।

अध्ययन ने इंटरएनुअल परिवर्तनशीलता और रैखिक प्रवृत्तियों का विश्लेषण किया, जिसमें अनिश्चितताओं और विश्वास अंतराल (confidence intervals) को मापने के लिए मोंटे कार्लो सिमुलेशन का उपयोग किया गया।

मुख्य परिणाम

1. सीमित पहचान क्षमता: अवशिष्ट विधि देखे गए गहरे-महासागर के स्टेरिक परिवर्तनशीलता के परिमाण को विश्वसनीय रूप से पुनरुत्पादित करने में विफल रहती है। सभी सात स्थलों पर, अवशिष्ट समय-श्रृंखला का मानक विचलन (8.2–19.3 मिमी) सीधे देखे गए DSSLa (2.7–5.8 मिमी) से काफी अधिक था, जो यह दर्शाता है कि अवशिष्ट शोर, यंत्र संबंधी ड्रिफ्ट, या बजट पदों में त्रुटियों से प्रभावित है।
2. सहसंबंध संबंधी मुद्दे: जबकि कुछ स्थलों (जैसे, MOVE3) पर अवशिष्ट और अवलोकनों के बीच कच्चे सहसंबंध मध्यम से मजबूत थे, डिट्रेंडिंग (detrending) से पता चला कि यह सहमति मुख्य रूप से साझा दीर्घकालिक प्रवृत्तियों द्वारा संचालित थी, न कि इंटरएनुअल परिवर्तनशीलता द्वारा। रुझानों को हटाने के बाद, सहसंबंध काफी कम हो गए (जैसे, RAPIDeast में 0.67 से 0.48 तक गिर गया), जो सुझाव देता है कि समान रैखिक प्रवृत्तियाँ असंबंधित प्रक्रियाओं से उत्पन्न हो सकती हैं।
3. प्रवृत्ति विसंगतियां: अधिकांश मामलों में, अवशिष्ट प्रवृत्तियां देखी गई DSSLa प्रवृत्तियों की तुलना में काफी बड़ी थीं, और उनके 95% विश्वास अंतराल ओवरलैप नहीं हुए। उदाहरण के लिए, RAPIDeast में, अवशिष्ट प्रवृत्ति 3.61 ± 0.28 मिमी/वर्ष थी, जो देखे गए 0.41 ± 0.08 मिमी/वर्ष के रुझान से लगभग आठ गुना अधिक थी।
4. व्यवस्थित त्रुटि का निदान: अध्ययन ने पहचाना कि उत्तर-पूर्वी अटलांटिक (विशेष रूप से RAPIDeast में) में बड़ा मिसक्लोजर (misclosure) GRACE/FO डेटा में एक गैर-महासागरीय गुरुत्वाकर्षण संकेत के कारण है, जैसा कि अन्य अध्ययनों द्वारा पहले परिकल्पना की गई थी कि यह Argo लवणता ड्रिफ्ट (salinity drift) है।
   • स्थानिक विश्लेषण ने दिखाया कि GRACE/FO डेटा में उत्तर-पूर्वी अटलांटिक में एक बेसिन-स्केल नकारात्मक द्रव्यमान प्रवृत्ति है जो ECCO में अनुपस्थित है और भौतिक समुद्र विज्ञान के साथ असंगत है।
   • यदि GRACE/FO द्रव्यमान प्रवृत्ति वास्तविक होती, तो यह एक विशाल पूर्व-पश्चिम दबाव प्रवणता (pressure gradient) के सुदृढ़ीकरण और अटलांटिक मर्इडियोनल ओवरटर्निंग सर्कुलेशन (AMOC) के निचले हिस्से में एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति को दर्शाती। हालांकि, RAPID अवलोकन और ECCO इस तरह की प्रवृत्ति का समर्थन नहीं करते हैं।
   • ECCO के साथ तुलनाओं ने पुष्टि की कि विसंगति मास/OBP पद में निहित है, न कि कुल समुद्र स्तर या स्टेरिक घटकों में।

महत्व और दावे
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि समुद्र स्तर बजट विश्लेषणों का उपयोग करके क्षेत्रीय गहरे-महासागर के स्टेरिक परिवर्तनों का पता लगाना चुनौतीपूर्ण बना हुआ है, भले ही दशक लंबे रिकॉर्ड उपलब्ध हों। अधिकांश क्षेत्रों में मजबूत पहचान के लिए अवशिष्ट दृष्टिकोण का सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात अपर्याप्त है।

महत्वपूर्ण रूप से, लेखक उत्तर-पूर्वी अटलांटिक में GRACE/FO डेटा के साथ एक महत्वपूर्ण, पहले से अनstudied समस्या की पहचान करते हैं। वे तर्क देते हैं कि GRACE/FO में देखा गया स्पष्ट द्रव्यमान नुकसान संभवतः ठोस पृथ्वी से उत्पन्न एक गैर-महासागरीय गुरुत्वाकर्षण संकेत है, न कि वास्तविक महासागरीय द्रव्यमान परिवर्तन या सरल डेटा प्रसंस्करण त्रुटि। यह निष्कर्ष उन पिछले व्याख्याओं को चुनौती देता है जिन्होंने उत्तर अटलांटिक में समुद्र स्तर बजट मिसक्लोजर को मुख्य रूप से Argo लवणता ड्रिफ्ट के रूप में जिम्मेदार ठहराया था। लेखक चेतावनी देते हैं कि जब तक उस ठोस पृथ्वी प्रक्रिया को अलग और मॉडल नहीं किया जाता है जो इस गुरुत्वाकर्षण संकेत का कारण है, तब तक उत्तर-पूर्वी अटलांटिक में महासागरीय अध्ययनों के लिए GRACE/FO डेटा का उपयोग करने वाले उपयोगकर्ताओं को सावधानी बरतनी चाहिए। यह अध्ययन रेखांकित करता है कि अवशिष्ट समुद्र स्तर बजटों की व्याख्या करते समय स्वतंत्र सत्यापन (जैसे दीर्घकालिक मूरिंग और गतिशील रूप से सुसंगत स्टेट एस्टीमेट) की आवश्यकता है।