Last Millennium volcanism impact on the South Atlantic Ocean

• Main Author: Verona, Laura Sobral
• Other Authors: Wainer, Ilana Elazari Klein Coaracy
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP 2018
• Subjects: temperatura da superfície do mar; CESM-LME; Mar de Weddell; Monte Pinatubo; Península Antártica; Antarctic Peninsula; sea surface temperature; Mt. Pinatubo; Weddell Sea; Antarctic; Austral; mar de Weddell; Southern Ocean; The Antarctic; Weddell; Antarc*; Antártica; South Atlantic Ocean
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-09012019-130831/; https://doi.org/10.11606/D.21.2019.tde-09012019-130831

Volcanism is the cause of great non-anthropogenic perturbations on the Earth climate through energy imbalance changes. There is still much to be uncovered relative to its impacts on the Southern Hemisphere, even more with respect to the Southern Ocean. The South Atlantic and its Southern Ocean sector response to volcanism are examined using simulation results from the Last Millennium Ensemble Experiment of the Community Earth System Model (CESM-LME), for the period 850-2005. Composite results point to significant changes in sea surface temperature and salinity in the first austral summer following the eruption. North of 60S, there is ocean cooling, as expected because of the higher albedo related to the volcanic forcing. In contrast, near the Antarctic Peninsula in the Weddell Sea, a local warming of ∼ 0.8ºC is observed (significant at the 90% level). Salinity shows positive anomaly (∼0.1) at the northern region off Antarctic Peninsula from the first year after the eruption to the fourth subsequent year. Oceanic surface anomalies weaken after the fifth subsequent year, however it is still present in deeper layers (∼500m). At the same time, wind stress changes are evident, results show a poleward shift (∼2º), strengthening (∼10%) of the prevailing westerlies and the reversal in direction of the meridional wind stress component in the northern Antarctic Peninsula. As consequence, there is intensification of the Antarctic Circumpolar Current southern extension. Together with the stronger westerlies, the mixing in the northern Antarctic Peninsula is enhanced, bringing up warmer subsurface waters, therefore explaining the anomalous surface warming after the eruption. The 1991 Mt. Pinatubo eruption response is also investigated. CESM-LME, observations and reanalysis have shown similar behavior, however for the second subsequent year, thus suggesting the occurrence of the same mechanism identified after Last Millennium eruptions. Vulcanismo é uma das maiores causas naturais de mudanças no clima. Poucos estudos tiveram foco no seu impacto no hemisfério sul, principalmente no Oceano Austral. Desta forma, o impacto de erupções vulcânicas é investigado no Oceano Atlântico Sul incluindo o seu setor austral, em resultados do modelo CESM-LME (Community Earth System Model Last Millennium Ensemble) entre 850 e 2005. Os resultados utilizando composições mostram mudanças significativas na temperatura e salinidade da superfície do oceano no primeiro verão austral depois da erupção. Ao norte de 60S, há uma anomalia negativa de ∼ -0.8ºC na temperatura em superfície, devido ao maior albedo após a erupção. No entanto, próximo à Península Antártica no Mar de Weddell, é visto uma anomalia positiva de ∼0.8ºC (significativa a 90%). A salinidade apresenta mudanças importantes entre o primeiro e o quarto ano após a erupção, com anomalia positiva (∼0.1) ao norte da Península Antártica. A resposta ao vulcanismo em superfície desaparece no quinto ano sequente, mas permanecem anomalias em profundidade (∼500m). O campo de vento também se altera no mesmo ano, os ventos de oeste migram para sul (∼2º) e se intensificam (∼10%), além da componente meridional inverter seu sentido ao norte da Península Antártica. Como consequência, é observada intensificação da borda sul da Corrente Circumpolar Antártica. Junto com isto, há aumento da mistura próximo à Península Antártica, desta forma, águas subsuperficiais mais quentes afloram, explicando a anomalia quente após a erupção. Finalmente, é verificada a ocorrência de resposta similar após a erupção do Monte Pinatubo (1991). Resultados do CESM-LME tiveram comportamento aproximado quando comparados com dados observacionais e reanálise. O aquecimento próximo à Península Antártica é evidenciado no segundo ano após a erupção, sugerindo a ocorrência do mesmo mecanismo do último milênio.