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

Resumo Técnico: A Detecção de Mudanças Estéricas Regionais no Oceano Profundo Permanece Desafiadora com Análises de Orçamento do Nível do Mar

Definição do Problema
Detectar e quantificar mudanças no oceano profundo abaixo de 2000 metros continua sendo um desafio crítico para as comunidades oceanográfica e climática devido à escassa cobertura espacial e temporal das observações in situ. Embora a absorção de calor pelo oceano profundo contribua para o aumento global do nível médio do mar (aproximadamente 0,11 ± 0,10 mm/ano), as estimativas existentes sofrem de grandes incertezas. Uma abordagem promissora para inferir a mudança estérica (densidade) no oceano profundo é o "método do resíduo", que calcula a diferença entre o nível do mar total (da altimetria de satélite), a massa oceânica (da gravimetria de satélite/GRACE-FO) e a mudança estérica da camada superficial do oceano (de boias Argo). Apesar do uso crescente, este método não foi rigorosamente validado contra observações hidrográficas de longo prazo diretamente no oceano profundo em escalas regionais. Estudos anteriores produziram resultados mistos, com alguns sugerindo que o método não consegue detectar sinais profundos devido ao ruído, enquanto outros alegam concordância com tendências hidrográficas em regiões específicas.

Metodologia
Os autores avaliaram a capacidade do método do resíduo de detectar a variabilidade estérica profunda regional comparando as estimativas de resíduos contra anomalias de Nível do Mar Estérico Profundo (DSSLa) observadas diretamente em sete séries temporais hidrográficas de longo prazo abrangendo 2005–22. Estes locais incluem estações de oceano aberto (BATS, HOT), regiões de corrente de contorno oeste (RAPIDwest, MOVE3) e regiões de contorno leste (RAPIDeast, RAPIDmarwest, MOVE1).

O arcabouço do orçamento do nível do mar decompõe o nível do mar total ($\eta_{total}$) em massa oceânica ($\eta_{mass}$) e componentes estéricos ($\eta_{steric}$). A anomalia estérica do oceano profundo ($\eta_{deep}$) é derivada como o resíduo:
$$\eta_{deep} = \eta_{total} - \eta_{mass} - \eta_{upper\_steric}$$

As fontes de dados incluíram:

• Nível do Mar Total: Altimetria de satélite de nível 4 com atraso (CMEMS).
• Massa Oceânica: Soluções mascon JPL GRACE/FO Release 06.3.
• Estérica da Camada Superficial: Média de conjunto de cinco produtos de grade Argo (BOA, IAP, GDCSM, JAMSTEC, SIO).
• Dados de Validação: Medições hidrográficas diretas de BATS, HOT, arranjos RAPID e arranjos MOVE.
• Benchmarking: A estimativa de estado do Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO) V4r4, que é dinamicamente consistente e fecha o orçamento do nível do mar localmente, foi utilizada para diagnosticar discrepâncias.

O estudo analisou a variabilidade interanual e as tendências lineares, empregando simulações de Monte Carlo para quantificar incertezas e intervalos de confiança.

Principais Resultados

1. Capacidade de Detecção Limitada: O método do resíduo falha em reproduzir de forma confiável a magnitude da variabilidade estérica observada no oceano profundo. Em todos os sete locais, o desvio padrão das séries temporais de resíduos (8,2–19,3 mm) foi substancialmente maior que o DSSLa observado diretamente (2,7–5,8 mm), indicando que o resíduo é dominado por ruído, deriva instrumental ou erros nos termos do orçamento.
2. Problemas de Correlação: Embora as correlações brutas entre resíduos e observações tenham sido moderadas a fortes em alguns locais (ex: MOVE3), a remoção de tendências revelou que grande parte dessa concordância era impulsionada por tendências de longo prazo compartilhadas, em vez de variabilidade interanual. Após remover as tendências, as correlações caíram significativamente (ex: de 0,67 para 0,08 em RAPIDeast), sugerindo que tendências lineares semelhantes podem surgir de processos não relacionados.
3. Discrepâncias de Tendência: Na maioria dos casos, as tendências dos resíduos foram substancialmente maiores do que as tendências de DSSLa observadas, e seus intervalos de confiança de 95% não se sobrepuseram. Por exemplo, em RAPIDeast, a tendência do resíduo foi de 3,61 ± 0,28 mm/ano, quase oito vezes maior que a tendência observada de 0,41 ± 0,08 mm/ano.
4. Diagnóstico de Erro Sistemático: O estudo identificou que o grande erro de fechamento no Atlântico Nordeste (especificamente em RAPIDeast) não é causado pela deriva de salinidade do Argo, como hipotetizado por outros estudos. Em vez disso, a discrepância é dominada por um sinal de gravidade não oceanográfico nos dados GRACE/FO.
   • A análise espacial mostrou uma tendência de massa negativa em escala de bacia no Atlântico Nordeste nos dados GRACE/FO que está ausente no ECCO e é inconsistente com a oceanografia física.
   • Se a tendência de massa do GRACE/FO fosse real, implicaria um fortalecimento massivo do gradiente de pressão Leste-Oeste e uma tendência significativa na parte inferior da Circulação Meridional de Revolvimento do Atlântico (AMOC). No entanto, as observações do RAPID e o ECCO não sustentam tal tendência.
   • Comparações com o ECCO confirmaram que o desajuste reside no termo de massa/OBP, e não no nível do mar total ou nos componentes estéricos.

Significância e Alegações
O artigo conclui que detectar mudanças estéricas regionais no oceano profundo usando análises de orçamento do nível do mar continua sendo desafiador, mesmo com registros de décadas. A relação sinal-ruído da abordagem de resíduos é insuficiente para uma detecção robusta na maioria das regiões.

Crucialmente, os autores identificam um problema significativo e anteriormente não estudado com os dados GRACE/FO no Atlântico Nordeste. Eles argumentam que a aparente perda de massa observada pelo GRACE/FO nesta região é provavelmente um sinal de gravidade não oceanográfico originário da Terra sólida, e não uma verdadeira mudança de massa oceânica ou um simples erro de processamento de dados. Este achado desafia interpretações anteriores que atribuíam os erros de orçamento do nível do mar no Atlântico Norte principalmente à deriva de salinidade do Argo. Os autores alertam que, até que o processo da Terra sólida que causa esse sinal de gravidade seja isolado e modelado, os usuários de dados GRACE/FO para estudos oceanográficos no Atlântico Nordeste devem exercer cautela. O estudo ressalta a necessidade de validação independente (como amarrações de longo prazo e estimativas de estado dinamicamente consistentes) ao interpretar orçamentos de resíduos de nível do mar.