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L'Oceano Australe è un elemento chiave della macchina climatica terrestre, dove calore, sale e nutrimenti sono ridistribuiti fra i tre oceani globali. Gioca dunque un ruolo determinante nel controllo del sistema climatico, tanto direttamente dal punto di vista dinamico che tramite retroazioni sul sistema biogeochimico.
La scarsa quantità di misure in situ disponibili in questa regione inospitale lascia aperte numerose questioni, in particolare, nonostante il suo impatto fondamentale, non è completamente nota la dinamica dello strato turbolento nell'oceano antartico, sia dal punto di vista termodinamico che le sue conseguenze sul ciclo biochimico e sul sistema climatico.
L'oggetto di questa tesi è quindi lo studio della dinamica dello strato turbolento nell'Oceano Australe, luogo di scambio di calore, sale, quantità di movimento con l'atmosfera e di nutrimenti con l'oceano profondo. In particolare viene studiata la variabilità bassa frequenza (da scala stagionale a decadale) e grande scala spaziale delle caratterisitche dello strato turbolento: temperatura, salinità e profondità. Quest'ultima è di difficile stima diretta (scarse misure in situ e teledetezione impossibile) e modellizzazione (fisica complessa non ancora perfettamente integrata nei modelli globali).
Nella prima parte di questo studio sono state raccolte e trattate tutte le misure in situ di temperatura e salinità ad alta risoluzione verticale disponibili pubblicamente nel Oceano Australe dagli anni quaranta ai giorni nostri. La profondità dello strato turbolento è poi calcolata sui profili individuali, un metodo moderno che permette di estrarre in maniera più efficente l'informazione contenuta in ognuno dei profili rispetto a quanto fatto nella maggior parte degli studi precedenti basati su profili interpolati.
Viene quindi compilata una base di dati delle caratteristiche termodinamiche dello strato turbolento: profondità, temperatura e salinità. Questa viene utilizzata per costruire una climatologia stagionale delle caratteristiche citate e descrivere per la prima volta l'evoluzione di queste su scala pentadale e decadale.
La variabilità bassa frequenza osservata dei dati in situ ha un'amplitudine importante (RMS fino a 35 metri) e negli anni recenti mostra un approfondimento dello strato turbolento che può arrivare a 60 metri a sud di 45°S, caratteristica non riprodotta dai modelli globali utilizzati per le proiezioni climatiche.
La variabilità osservata viene quindi investigata tramite l'utilizzo di un modello di complessità intermedia, al fine di descrivere i fattori responsabili del bilancio termodinamico dello strato superficiale.