MEDITERRANEAN WARMING: ANALYSIS OF SEA TEMPERATURE TIME SERIES 

FROM THE BUOY ODAS ITALIA 1

R. Bozzano

1

*, S. Sparnocchia

2

, P. Picco

3

, A. Cappelletti

3

, M.E. Schiano

4

, C. Cappa

5

1

CNR ISSIA, Via de Marini 6 - 14149 Genova, Italy - *boz@ge.issia.cnr.it

2

CNR ISMAR-TS, Viale Romolo Gessi, 2 - 34123 Trieste, Italy - s.sparnocchia@ts.ismar.cnr.it

3

ENEA-CRAM, Forte di Santa Teresa, 19036 Pozzuolo di Lerici (SP), Italy - picco@santateresa.enea.it; capp@santateresa.enea.it

4

CNR ISMAR-SP, Forte di Santa Teresa, 19036 Pozzuolo di Lerici (SP), Italy - elisabetta.schiano@sp.ismar.cnr.it

5

CNR ISAC-TO, Corso Fiume 4, 10133 Torino, Italy - c.cappa@isac.cnr.it

Abstract

Starting from July 2002, hourly measurements of meteorological parameters and sea temperature in the layer between the surface and a

depth of 35 m are recorded from the buoy ODAS Italia1 in the Ligurian Sea. In this work we discuss the temporal evolution of the upper

ocean thermal structure in relationship with the atmospheric forcings and the dynamic variability of the basin. Particular attention is also

devoted to the investigation of the anomalous warming of the sea surface during summer 2003.

Keywords: air-sea exchanges, offshore buoy, surface ocean variability.

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

87

The ocean’s effect on weather and climate is governed by processes

occurring in the few tens meters of water close to the ocean surface.

Nevertheless, in spite of its importance, the physics of this portion of

the ocean is still poorly known.

In the conceptual models, the ocean surface has a very simple

structure such as a well mixed layer of variable depth near the sea

surface connected to the permanent thermocline by a seasonal

thermocline. Reality is usually much more complex. The thermal

structure of the surface layer depends on both local air-sea energy

exchanges and main patterns of the regional dynamics. Therefore, its

variability is very high at all time and space scales.

Some experiments have been carried out to determine the vertical

thermal structure from satellite sea surface temperature (SST)

observations. Such inverse methods make an aprioristic assumption

about the truthfulness of a layered structure derived by climatological

data sets. Even if this approach may have some useful applications,

the use of climatologies, as representative of actual situation, prevents

to evidence variations at any time scale. The long term changes will

be hidden, as well as the short time variability (from daily to seasonal)

of the vertical thermal structure, which has been showed to play

important roles in upper ocean dynamics and heat transport.

Fixed offshore platforms provide a great contribution to the studies

of the upper ocean supplying continuous long time series of both

marine and atmospheric surface parameters under every weather

conditions.

Due to its location within the Ligurian Basin, the ODAS Italia 1

buoy, moored at 73 Km far from the coast on a 1380 meter deep water,

represents an offshore ideal measuring opportunity (1). It is a spar

buoy, about 53 meters long, with a small laboratory on its top. The

buoy was specifically designed as a stable measuring platform for air-

sea interaction studies and it is equipped with a set of meteorological

and marine sensors. In particular, five sea temperature sensors have

been positioned along the buoy body at -0.5 m, -12.5 m, -20.0 m, -

28.5 m, -35.8 m, respectively. The measurements from the sensors are

collected each hour by the onboard acquisition system and transmitted

to the station ashore. The buoy is operating in the present

configuration since July 2002 (2).

The temporal evolution of the upper ocean thermal structure in

relation with the atmospheric forcings and the dynamic variability of

the basin is here investigated by means of the analysis of the available

time series.

Since the buoy is located in proximity of a frontal region, the

associated variability is also investigated. The comparative analysis of

the thermal gradient in the marine layer from 10 down to 30 meters of

depth and the surface water vapour density reveals a good correlation

all year round. Moreover, sea temperature data well evidence the

seasonal cycle due to the formation and erosion of the upper

thermocline as well as other higher frequency processes. Daily

variability is often confined to the upper 12 m, even though strong

mixing events are able extend the signal at greater depths in the water

column. In the lower layers, internal waves in the band of the inertial

period prevail. Results from this analysis may also contribute to the

definition of more effective strategies for monitoring the sea surface

layer.

The anomalous warming period occurred during summer 2003,

when the sea surface temperature of the Mediterranean Sea achieved

the highest values of the last 50 years, is also considered. By

comparing the temperature recorded in summer 2003 with the one

acquired one year before, we deduce that surface heating was confined

to the upper 10-15 m depth due to the presence of a strong stable

stratification lasting several weeks thus preventing any relevant

vertical mixing and consequently the heat redistribution along the

water column. In fact, no relevant difference is detected below 15 m

(Fig. 1). The persistence of calm weather conditions which did not

allow vertical mixing processes lasted until the end of August when a

strong storm was able to mix the whole layer.

Fig. 1 Mean daily values of sea temperature at -0.5 m and -28.5 m depth

from July 2002 to September 2003.

References

1-Siccardi A., Bono R., Grosso F., Amore R., Mantovani R., Mistrangelo

A., 1996. Open sea monitoring: ODAS Italia 1, an operational system and

a challenge for the future. Oceanology International, Brighton, UK.

2-Bozzano R., Pesce L., 2003. Detailed design specification of the W1-

M3A system in the Ligurian Sea - Technical Report D23, European

project MFSTEP.