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

Sintesi Tecnica: Il rilevamento dei cambiamenti sterici regionali negli oceani profondi rimane una sfida per le analisi del bilancio del livello del mare

Definizione del Problema
Rilevare e quantificare i cambiamenti negli oceani profondi sotto i 2000 metri rimane una sfida critica per la comunità oceanografica e climatica a causa della scarsa copertura spaziale e temporale delle osservazioni in situ. Sebbene l'assorbimento di calore nell'oceano profondo contribuisca all'innalzamento del livello medio globale del mare (circa 0,11 ± 0,10 mm/anno), le stime esistenti soffrono di grandi incertezze. Un approccio promettente per inferire il cambiamento sterico (densità) dell'oceano profondo è il "metodo del residuo", che calcola la differenza tra il livello del mare totale (dall'altimetria satellitare), la massa oceanica (dalla gravimetria satellitare/GRACE-FO) e il cambiamento sterico dell'oceano superficiale (dai galleggianti Argo). Nonostante l'uso crescente, questo metodo non è stato rigorosamente validato rispetto a osservazioni idrografiche a lungo termine dirette su scala regionale. Studi precedenti hanno prodotto risultati contrastanti, con alcuni che suggeriscono che il metodo non possa rilevare segnali profondi a causa del rumore, mentre altri sostengono l'accordo con i trend idrografici in regioni specifiche.

Metodologia
Gli autori hanno valutato la capacità del metodo del residuo di rilevare la variabilità sterica regionale degli oceani profondi confrontando le stime residue con le anomalie del livello del mare sterico profondo (DSSLa) osservate direttamente in sette serie temporali idrografiche a lungo termine che coprono il periodo 2005–2022. Questi siti includono stazioni in oceano aperto (BATS, HOT), regioni di correnti di confine occidentale (RAPIDwest, MOVE3) e regioni di confine orientale (RAPIDeast, RAPIDmarwest, MOVE1).

Il quadro del bilancio del livello del mare decompone il livello del mare totale ($\eta_{total}$) in massa oceanica ($\eta_{mass}$) e componenti steriche ($\eta_{steric}$). L'anomalia sterica dell'oceano profondo ($\eta_{deep}$) è derivata come il residuo:
$$\eta_{deep} = \eta_{total} - \eta_{mass} - \eta_{upper\_steric}$$

Le fonti dei dati includono:

• Livello del mare totale: Altimetria satellitare di Livello-4 con ritardo (CMEMS).
• Massa oceanica: Soluzioni mascon JPL GRACE/FO Release 06.3.
• Sterico dell'oceano superficiale: Media d'insieme di cinque prodotti Argo grigliati (BOA, IAP, GDCSM, JAMSTEC, SIO).
• Dati di validazione: Misurazioni idrografiche dirette da array BATS, HOT, RAPID e MOVE.
• Benchmarking: La stima dello stato Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO) V4r4, che è dinamicamente coerente e chiude localmente il bilancio del livello del mare, è stata utilizzata per diagnosticare le discrepanze.

Lo studio ha analizzato la variabilità interannuale e i trend lineari, impiegando simulazioni Monte Carlo per quantificare le incertezze e gli intervalli di confidenza.

Risultati Chiave

1. Capacità di rilevamento limitata: Il metodo del residuo non riesce a riprodurre in modo affidabile l'entità della variabilità sterica dell'oceano profondo osservata. In tutti i sette siti, la deviazione standard delle serie temporali residue (8,2–19,3 mm) era sostanzialmente maggiore della DSSLa osservata direttamente (2,7–5,8 mm), indicando che il residuo è dominato da rumore, derive strumentali o errori nei termini del bilancio.
2. Problemi di correlazione: Sebbene le correlazioni grezze tra i residui e le osservazioni fossero moderate o forti in alcuni siti (ad esempio, MOVE3), la detrendizzazione ha rivelato che gran parte di questo accordo era guidato da condivisi trend a lungo termine piuttosto che dalla variabilità interannuale. Dopo la rimozione dei trend, le correlazioni sono diminuite significativamente (ad esempio, da 0,67 a 0,08 a RAPIDeast), suggerendo che trend lineari simili possono derivare da processi non correlati.
3. Discrepanze nei trend: Nella maggior parte dei casi, i trend dei residui erano sostanzialmente più grandi dei trend DSSLa osservati, e i loro intervalli di confidenza al 95% non si sovrapponevano. Ad esempio, a RAPIDeast, il trend del residuo era di 3,61 ± 0,28 mm/anno, quasi otto volte superiore al trend osservato di 0,41 ± 0,08 mm/anno.
4. Diagnosi dell'errore sistematico: Lo studio ha identificato che il grande disallineamento nel Nord Atlantico orientale (specificamente a RAPIDeast) non è causato dalla deriva della salinità di Argo, come ipotizzato da altri studi. Invece, la discrepanza è dominata da un segnale di gravità non oceanografico nei dati GRACE/FO.
   • L'analisi spaziale ha mostrato un trend di massa negativo su scala di bacino nel Nord Atlantico orientale nei dati GRACE/FO, assente in ECCO e incoerente con l'oceanografia fisica.
   • Se il trend di massa di GRACE/FO fosse reale, implicherebbe un massiccio rafforzamento del gradiente di pressione Est-Ovest e un trend significativo nella parte inferiore della Circolazione Meridionale Atlantica (AMOC). Tuttavia, le osservazioni RAPID e ECCO non supportano tale trend.
   • I confronti con ECCO hanno confermato che il disallineamento risiede nel termine massa/OBP, non nel livello del mare totale o nelle componenti steriche.

Significatività e Rivendicazioni
L'articolo conclude che il rilevamento dei cambiamenti sterici regionali negli oceani profondi utilizzando le analisi del bilancio del livello del mare rimane difficile, anche con record decennali. Il rapporto segnale-rumore dell'approccio del residuo è insufficiente per un rilevamento robusto nella maggior parte delle regioni.

Fondamentalmente, gli autori identificano un problema significativo e precedentemente non studiato con i dati GRACE/FO nel Nord Atlantico orientale. Essi sostengono che l'apparente perdita di massa osservata da GRACE/FO in questa regione sia probabilmente un segnale di gravità non oceanografico originante dalla Terra solida, piuttosto che un vero cambiamento di massa oceanica o un semplice errore di elaborazione dei dati. Questa scoperta mette in discussione le precedenti interpretazioni che attribuivano i disallineamenti del bilancio del livello del mare nel Nord Atlantico principalmente alla deriva della salinità di Argo. Gli autori avvertono che finché il processo della Terra solida che causa questo segnale di gravità non sarà isolato e modellato, gli utenti dei dati GRACE/FO per studi oceanografici nel Nord Atlantico orientale dovrebbero esercitare cautela. Lo studio sottolinea la necessità di una validazione indipendente (come boe di ormeggio a lungo termine e stime di stato dinamicamente coerenti) quando si interpretano i bilanci del livello del mare residui.