Physical Oceanography of the Baltic Sea
Matti LeppaÈranta and Kai Myrberg
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Physical Oceanography of the Baltic Sea
Matti LeppaÈranta and Kai Myrberg
Physical Oceanography of the Baltic Sea
Published in association with
Praxis Publishing Chichester, UK
Professor Matti LeppaÈranta Department of Physics University of Helsinki Finland Adjunct professor Kai Myrberg Finnish Institute of Marine Research Helsinki Finland Front cover illustrations: (Main image) Icebreaker Fennica in the Baltic Sea, courtesy of Riku Lumiaro. Small images are from the Baltic Sea, courtesy of Riku Lumiaro and the ®rst author. Back cover illustrations: Painting On the Sea by Albert Edelfelt ( Gothenburg Museum of Art) and photograph of Stockholm Archipelago by Leena LeppaÈranta.
SPRINGER±PRAXIS BOOKS IN GEOPHYSICAL SCIENCES SUBJECT ADVISORY EDITOR: Philippe Blondel, C.Geol., F.G.S., Ph.D., M.Sc., Senior Scientist, Department of Physics, University of Bath, UK
ISBN 978-3-540-79702-9 Springer Berlin Heidelberg New York Springer is part of Springer-Science + Business Media (springer.com) Library of Congress Control Number: 2008933573 Apart from any fair dealing for the purposes of research or private study, or criticism or review, as permitted under the Copyright, Designs and Patents Act 1988, this publication may only be reproduced, stored or transmitted, in any form or by any means, with the prior permission in writing of the publishers, or in the case of reprographic reproduction in accordance with the terms of licences issued by the Copyright Licensing Agency. Enquiries concerning reproduction outside those terms should be sent to the publishers. Praxis Publishing Ltd, Chichester, UK, 2009 Printed in Germany The use of general descriptive names, registered names, trademarks, etc. in this publication does not imply, even in the absence of a speci®c statement, that such names are exempt from the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use. Cover design: Jim Wilkie Project management: Originator Publishing Services, Gt Yarmouth, Norfolk, UK Printed on acid-free paper
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Figure 3.5. Distribution of Quaternary deposits in the Baltic Sea (Al-Hamdani et al., 2007). # BALANCE-project. (Printed with permission from Professor Aarno Kotilainen.)
Figure 3.12. Long-term mean annual course of salinity (in %) at different depths in Uto¨ during 1911–2005. Depths are shown on the right in meters. (Prepared by M.Sc. Riikka Hietala, printed with permission.)
Figure 3.14. Long-term mean annual course of temperature (in C) at different depths in Uto¨ during 1911–2005. Depths are shown on the right in meters. (Prepared by M.Sc. Riikka Hietala, printed with permission.)
0
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16
18
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Degrees Celsius Figure 5.5. Upwelling off the northern coast of the Gulf of Finland on September 2, 2002 (the figure was processed at the Finnish Environment Institute (SYKE) from NOAA/AVHRR satellite data received by the Finnish Meteorological Institute).
Figure 5.9. A schematic of the large-scale internal water cycle in the Baltic Sea. The deep layer below the halocline is given in the lower part of the figure. Green and red arrows denote surface and bottom layer circulation, respectively. The light green and beige arrows show entrainment, the gray arrow denotes diffusion. (Elken and Mattha¨us, 2008, printed with permission from Springer-Verlag.)
Figure 5.23. Potential temperature and salinity on February 16–18, 2003 along the axis Arkona Basin–Bornholm Gate–Bornholm Deep–Stolpe Channel–Gdan´sk Deep. (Piechura and Beszczyn´ska-Mo¨ller, 2004, printed by permission from Oceanologia.)
Figure 5.24. Bornholm Deep–Stolpe Channel–Gdan´sk Deep temperature transects measured by R/V Oceania (from top down) in August 2003, November 2003, January 2004, February 2004, and May 2004 showing the eastward propagation of warm inflow water over Stolpe Sill into the southeastern Gotland Basin. (Feistel et al., 2004, printed by permission from Oceanologia.)
Latitude ( )
Latitude ( )
Longitude ( )
Longitude ( ) Figure 5.28. (Top) Simulated mean surface circulation in the Gulf of Finland. (Bottom) The stability of currents. Calculations are for the years 1987–1992. (Andrejev et al., 2004a.).
Figure 5.30a. (This page) Mean age (in years) for the last 5 years of the 96-year spin-up associated with tracer-marking of inflowing water at the Darss and Drogden Sills. The figures depict ages at the sea-surface (upper left panel) and at halocline depth (upper right panel), at the surface with a salinity of 17 (lower left panel), and at the longitudinal section S3 across the Gotland Basin (lower right panel). The location of the section is shown as a white line in the lower left panel. Note the different color bars. In the upper right panel, mean ages are not depicted in shallow areas without a permanent halocline, where the conceptual two-layer model does not apply. These shallow areas have been taken as those with depth less than 22.5 m. If salinity in the water column is below 17% the associated surface is set equal to the water depth. Hence, the lower panel shows bottom ages in most of the Baltic Sea interior. (Meier, 2007, printed by permission from Estuarine, Coastal and Shelf Science.)
Figure 5.30b. As in Figure 5.30a (previous page), but ages are associated with tracer-marking of freshwater from all rivers.
(a)
(b)
Figure 6.13. Wave growth as a non-dimensional diagram: (a) Energy as a function of fetch; (b) peak frequency as a function of fetch. Solid line shows the theoretical form, the symbols denote data from the Gulf of Finland (GoF), Vanhankaupunginlahti Bay at Helsinki (Vkl), and the Gulf of Lyon (GoL), Mediterranean Sea. (Redrawn from Pettersson, 2004.)
Figure 7.4. Ice crystal structure in Baltic Sea ice (left) and lake ice (right). The top layer is fine- grained snow ice, and the lower layer is columnar-grained congelation ice. (Prepared by Dr. Toshiyuki Kawamura, printed by permission.)
Figure 8.11. Monthly mean composites of sea surface temperature in C for September 2003 (top) and September 2005 (bottom). Sea-surface temperatures are constructed by combining (averaging) available NOAA satellite overpasses for one month. The scale for sea surface temperatures is from 1.0 C to 22.0 C, in increments of 1 C. (Prepared by Dr. Andreas Lehmann, printed with permission.)
Figure 8.12. Measured temperature ( C) cross-section in the Gulf of Finland in summer 2006 (Estonia on the left side, Finland on the right side). (Top) Stratification is normal off the Estonian coast on July 11; (bottom) pronounced upwelling in this region on August 8. (Prepared by Inga and Urmas Lips, Marine Systems Institute, Tallinn Uniiversity of Technology, printed with permission.)
Figure 8.13. Comparison of sea surface temperature maps of the Gulf of Finland (top) obtained from satellite imagery (Remote Sensing Laboratory, Stockholm University) and (bottom) simulated by Zhurbas et al. (2007). The numbers beside the color scale refer to temperatures ( C). (Prepared by Dr. Victor Zhurbas, printed with permission.)
Figure 9.5. Chlorophyll a maximum in July 2005 in the Baltic Sea based on MODIS data from the Terra/Aqua satellite. This was produced by an empirical algorithm fitting in situ chlorophyll a data in 13 reflectance bands with PLS regression analysis. (Prepared by Dr. Seppo Kaitala and Mr. Henrik Stutz, Finnish Institute of Marine Research, printed with permission.)
Figure 9.7a. Near-bottom oxygen conditions (mL/L) in the Baltic Sea in 1993. Red represents anoxic conditions and yellow critically low oxygen concentrations of less than 2 mL/L. (Courtesy of M.Sc. Jan-Erik Bruun, Finnish Institute of Marine Research.)
Figure 9.7b. Near-bottom oxygen conditions (mL/L) in the Baltic Sea in 1994. Red represents anoxic conditions and yellow critically low oxygen concentrations of less than 2 mL/L. (Courtesy of M.Sc. Jan-Erik Bruun, Finnish Institute of Marine Research.)
Figure 9.7c. Near-bottom oxygen conditions (mL/L) in the Baltic Sea in 2006. Red represents anoxic conditions and yellow critically low oxygen concentrations of less than 2 mL/L. (Courtesy of M.Sc. Jan-Erik Bruun, Finnish Institute of Marine Research.)
Figure 9.7d. Near-bottom oxygen conditions (mL/L) in the Baltic Sea in 2007. Red represents anoxic conditions and yellow critically low oxygen concentrations of less than 2 mL/L. (Courtesy of M.Sc. Jan-Erik Bruun, Finnish Institute of Marine Research.)
Figure 9.9. The shore of the island of Aegna in 2000 (left) and in 2002 (right) from the same location. The dramatic change is due to coastal erosion caused by ship-induced waves. (Courtesy of Indrek and Andres Kask.)
Figure 9.14. The wave forecast for January 9, 2005 at 08:00 gmt provided by the Finnish Institute of Marine Research. On that day a significant wave height of 7.2 meters was observed in the Northern Gotland Basin, which is close to the record value. In the forecast map the wave height (in meters) is shown by colors and wave direction is given by vectors. The areas with white color in the Bay of Bothnia are ice-covered. (Prepared by M.Sc. Laura Tuomi, Finnish Institute of Marine Research, printed with permission.)
