Vermischungsprozesse im tiefen westlichen Randstrom bei 47°N

• Applicant: Dr. Maren Walter
• Subject Area: Oceanography
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 31130150

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Diapyknische Diffusionskoeffizienten und turbulente Dissipation der Energie entlang des westlichen Randes des Nordatlantiks wurden mittels einer Feinstrukturparametrisierung aus kombinierten LAD-CP und CTD-, sowie aus Dichteinversionen aus CTD Messungen bestimmt. Die Messungen wurden während mehrerer Seereisen durchgeführt. Starke Vermischung erfolgt unterhalb von 2000 m mit einer integrierten Dissipation von 340 mWm2 und diapyknischen Diffusionskoeffizienten von bis zu 1.7 × 10−1 m2 s−1. Sowohl die Diffusionskoeffizienten als auch die Dissipation zeigten erhebliche Ortsabhängigkeit quer zur Flussrichtung des Randstroms; es wurden geschwindigkeitsabhängige Dissipationsraten für Stromgeschwindigkeiten jenseits eines Grenzwertes um 25 cm/s auf einem geschwindigkeitsunabhängigen Hintergrund beobachtet. Der Energiefluss vor Flemish Cap ist südwärts und hat bei 47◦ N eine Stärke von FE (47◦ N) = (2.0 ± 0.6) kW m−1 . Die Dichte- und Geschwindigkeitsauslenkungen stimmen mit Oszillationen von K1 Frequenz überein. Eine ganztägige Welle ist jedoch nach linearer Theorie nicht zulässig, und die effektive Trägheitsfrequenz ist nicht klein genug, um Wellen einzuschließen. Die K1 Welle ist daher höchstwahrscheinlich nichtlinear. Diapyknische Diffusionskoeffizienten, die aus Dichteinversionen gewonnen wurden, sind höher als Werte aus Feinstrukturmessungen, die jedoch mit Mikrostrukturmessungen übereinstimmen. Der starke Energiefluss ist einem Ereignis zuzuordnen, das räumlich begrenzt und nicht repräsentativ für das gesamte Gebiet ist, sondern durch die besondere Form des Kontinentalhanges vor Flemish Cap verursacht wird. Die Vermischung in diesem Ereignis kann den beobachteten Energiefluss in weniger als 5 km dissipieren. Der barokline Energiefluss liefert Informationen, um die zugrundeliegenden Prozesse des lokalen Energiebudgets zu erklären: Anhand der Skalen lasst sich schliessen, dass die Energiezufuhr der internen Gezeiten ausreicht um die von der Randstromstärke unabhängige Hintergrundmischung zu erklären. Der geschwindigkeitsabhängige Anteil der Vermischung ist hingegen mit den die niederfrequenten Schwankungen des Randstroms korreliert. Der Kontinentalhang vor Flemish Cap weist kaum kritische Steigungen auf, ist teilweise jedoch superkritisch. Die steile Topographie in Kombination mit der Krümmung der Flemish Cap ist ein charakteristisches Merkmal, das mit dem starken ganztägigen Energiefluss zusammentrifft. Die zugrundeliegenden Prozesse, die die Topographie mit dem Energiefluss verbinden, konnten jedoch nicht identifiziert werden. Die wichtige Rolle einer einzelnen topographischen Formation wird durch die kleine räumliche Ausdehnung der intensiven Vermischung und die nicht-lineare Natur der K1 Welle unterstrichen. Die Relevanz auf größeren Skalen hängt von der Stärke und der räumlichen Ausdehnung des Energieflusses ab. Der vertikal integrierte Energiefluss ist kleiner als in anderen Regionen wie z.B. Tiefseetälern, -bergen und -gebirgskammen. Aufgrund der Lange der Kontinentalränder gibt es jedoch eine viel größere Fläche, auf der diese Flusse wirksam werden können.

Publications

• 2008 Mixing estimates from hydrographic measurements in the Deep Western Boundary Current of the North Atlantic. Deep-Sea Res. I, 55(6), 721-736
  Stöber, U., M. Walter, C. Mertens, and M. Rhein
  
• 2008 Mixing estimates from hydrographic observations in deep water along the western boundary of the North Atlantic. Ocean Sciences Meeting, Orlando, USA
  Stöber, U., M. Walter, C. Mertens, and M. Rhein
  
• 2009 Mixing and energy flux estimates from hydrographic measurements in the Deep ¨ Western Boundary Current of the North Atlantic. Dissertation, Universitat Bremen, Bremen
  Stöber, U.
  
• 2009 Observations of semi-diurnal energy fluxes at the western boundary of the North Atlantic at 16° N and 47/49° N. Geophys. Res. Abstr., Vol. 11, EGU2009-2742; EGU General Assembly, Wien, Österreich
  Stöber, U., M. Walter, C. Mertens, and M. Rhein
  
• 2009 Turbulent mixing in the Deep Western Boundary Current of the subpolar North Atlantic. MOCA-09, IAMAS-IAPSO-IACS Joint Assembly, Montréal, Canada
  Mertens, C., M. Walter, U. Stöber, and M. Rhein
  
• 2010 The Deep Western Boundary Current: boundary mixing and exchange with the ocean’s interior. Eos Trans. AGU, 91(26), Ocean Sci. Meet. Suppl., Abstract PO21D-04; Ocean Sciences Meeting, Portland, USA
  M. Rhein
  
• 2010 Turbulent mixing in the Deep Western Boundary Current of the subpolar North Atlantic. Eos Trans. AGU, 91(26), Ocean Sci. Meet. Suppl., Abstract PO25K-04; Ocean Sciences Meeting, Portland, USA
  Mertens, C., M. Walter, U. Stöber, and M. Rhein
  
• 2011 Deep water formation, the subpolar gyre, and the meridional overturning circulation in the subpolar North Atlantic. Deep-Sea Res. II, 58, 1819-1832
  Rhein, M., D. Kieke, S. Hüttl-Kabus, A. Rössler, C. Mertens, R. Meissner, B. Klein, C.W. Boning, I. Yashayaev