Organization and Sensitivity of the Antarctic Circumpolar Current

It has been recently argued that the governor of the Earth's climate may lie in the southern seas, where the strongest ocean current on Earth, the Antarctic Circumpolar Current (ACC). This study utilized novel theoretical results and constructed a simplified, yet realistic, model of the ACC dynamics that enables the comprehensive investigation of the ACC climatology and its dependence on external parameters. The study concluded that the ACC could be in two climate states. In the first the structure of the ACC is principally determined by the mean atmospheric forcing, while the principal determinant of the ACC structure in the second state are the small scale eddies supported by the current. For given external parameters the climate states were shown to be unique. If there were multiple climate states the ACC could, under the same external conditions, transition from one state to the other and induce itself abrupt climate change. The uniqueness of the states excludes this possibility. The main parameter that determines the climate state was found to be the variability in the atmospheric wind stress, which is not included in current climate models. A main conclusion of the study is that wind gustiness should be included in future models in order to obtain realistic assessment of the climatic impact of the ACC. The project is also available at http://web.cc. uoa.gr/~pji/acc/ Περίληψη Πρόσφατα υποστηρίχθηκε ότι ο ρυθμιστής του κλίματος της Γης μπορεί να βρίσκεται στις νότιες θάλασσες, όπου ανάμεσα στις ηπείρους του Νότου και της Ανταρκτικής, ρέει το πιο ισχυρό ωκεάνιο ρεύμα στη Γη, το Antarctic Circumpolar Current (ACC). Ωστόσο, το ACC έχει κατανοηθεί ελάχιστα, καθώς στρόβιλοι μικρής κλίμακας που δεν προσομοιώνονται από κλιματικά μοντέλα καθορίζουν τις ιδιότητές του. Επομένως, υπάρχει ανάγκη για μία θεωρητική μελέτη της κλιματολογίας του ρεύματος ώστε να κατανοηθεί η δυναμική του και να επιτευχθεί η ακριβής μοντελοποίησή του. Στη μελέτη χρησιμοποίησαμε νέα θεωρητικά αποτελέσματα και κατασκευάσαμε ένα απλοποιημένο αλλά ρεαλιστικό μοντέλο της δυναμικής του ACC που δίνει τη δυνατότητα μελέτης της εξάρτησης της κλιματολογίας του ACC από εξωτερικούς παράγοντες. Η μελέτη κατέληξε ότι υπάρχουν δύο κύριες κλιματικές καταστάσεις του ACC. Στην πρώτη κατάσταση η δομή του ACC καθορίζεται από τη μέση ατμοσφαιρική κυκλοφορία, ενώ η δεύτερη προσδιορίζεται από τη δυναμική των στροβύλων που αναπτύσσονται στο ρεύμα. Δεδομένων εξωτερικών παραμέτρων οι κλιματικές καταστάσεις αυτές είναι μοναδικές. Αν οι καταστάσεις δεν ήταν μοναδικές τότε το ACC θα μπορούσε, κάτω από ίδιες εξωτερικές συνθήκες, να ματαβαίνει από τη μία κατάσταση στην άλλη και να οδηγεί αφεαυτού σε απότομες κλιματικές αλλαγές. Η μοναδικότητα των καταστάσεων δείχνει ότι αυτή η συμπεριφορά αποκλείεται. Η βασική παράμετρος που καθορίζει την κλιματική κατάσταση του ρεύματος βρέθηκε ότι είναι η μεταβλητικότητα του ανέμου, η οποία δεν περιλαμβάνεται στα σημερινά κλιματικά μοντέλα. Συμπέρασμα της μελέτης μας είναι ότι ο παράγων αυτός είναι καθοριστικός και πρέπει να συμπεριληφθεί για να επιτευχθεί ρεαλιστική περιγραφή της επίπτωσής του ACC στο κλίμα. Η μελέτη είναι επίσης διαθέσιμη στο http://web.cc. uoa.gr/~pji/acc/