Atmospheric forcing as a source for ocean variability at the brazil-malvinas confluence zone

The goal of this study is to evalúate the impact of the atmospheric forcing of the scale of the storms on the oceanic circulation and temperature at the Brazil-Malvinas Confluence Zone. SST data and numerical simulations are used to get some insight on the mechanisms responsible for the establishment of the oceanic temperature and velocity fields response to the wind variability and to analyze the penetration depth, the time and the persistence of this response. Results show that atmospheric storms can be very effective on generating a SST persistent perturbation in the area and given their high frequency they can generate an important effect on the variability of the SST and its mean. Two possible mechanisms are considered for the oceanic response, the wind stress forcing and the heat exchange through the ocean-atmosphere interface. The latter probes to be the most important one. Even though the wind stress forcing has a rol on modifying the oceanic characteristics by means of advection, it is a slow process that will only be effective if the atmospheric perturbation remains for long periods. In contrast, the heat flux through the ocean surface is much more rapid and effective, particularly in cooling the ocean. The cooling of the ocean surface produces static instability and convection that rapidly transfers the cooling to lower layers. Vertical mixing relatively heats the ocean surface allowing for a new cooling by means of interaction with the atmosphere. Results show that even though most of the energy is lost as inertia-gravity waves, it takes to the ocean 24 hours to develop a geostrophically balanced response and it is proportional to the persistence of the atmospheric event. Once the response is setup into the ocean, it tends to remain even though the atmospheric disturbance disappears, because oceanic dissipative effects are of a much longer temporal scale than the atmospheric ones. The scale of penetration results to be of the order of 200 meters. Therefore, in a broad and shallow región such as the Argentinean continental shelf these events might be able to produce the mixing of the whole water column. Atmospheric storms in the area have a mean annual frequency higher than once a week and the signal is present in the ocean for a longer period. The results suggest that atmospheric variability on the scale of the storms can be very important on determining the local SST.El objetivo de este trabajo es evaluar el impacto del forzante atmosférico en la escala de las tormentas sobre la circulación y la temperatura del océano en la región de la Confluencia Brasil-Malvinas. Se utilizan datos de temperatura de la superficie del mar (TSM) y simulaciones numéricas con el objetivo de estudiar los mecanismos responsables del establecimiento de la respuesta de los campos de temperatura y velocidad en el océano a la perturbación atmosférica y analizar la profundidad de penetración, el tiempo y la persistencia de esta respuesta. Los resultados indican que las tormentas atmosféricas pueden ser muy efectivas en la generación de una perturbación persistente de la TSM en el área y, dada su alta frecuencia, pueden tener un efecto importante en la variabilidad de la TSM y su media. Se consideran dos mecanismos posibles en la generación de la respuesta, el forzante del viento y el intercambio de calor a través de la interfase mar-atmósfera. El último resulta ser el más importante. Aunque el esfuerzo del viento modifica el océano por advección, éste es un proceso muy lento, que sólo puede ser efectivo si la perturbación atmosférica permanece por períodos largos. En contraste, el flujo de calor a través de la superficie del mar es un mecanismo mucho más rápido y efectivo, especialmente enfriando el océano. Un enfriamiento de la superficie del mar produce inestabilidad estática y convección, que rápidamente transfiere el enfriamiento a capas más profundas. La mezcla vertical a su vez calienta relativamente la superficie del océano, facilitando un nuevo enfriamiento por interacción mar-atmósfera. Los resultados muestran que, aunque gran parte de la energía se pierde como ondas grávito-inerciales, en 24 horas el océano desarrolla una respuesta balanceada geostróficamente y que esta respuesta es proporcional a la persistencia del evento atmosférico. Una vez que la respuesta oceánica se establece, tiende a permanecer aunque la perturbación atmosférica desaparezca, porque los efectos disipativos tienen una escala temporal mucho más larga en el océano que en la atmósfera. La escala de penetración resulta ser del orden de 200 metros. Por lo tanto, en una región ancha y somera como la Plataforma Continental Argentina, estos eventos podrían producir la mezcla de toda la columna de agua. Las tormentas atmosféricas en el área tienen una frecuencia anual mayor a un evento semanal y la señal permanece en el océano durante un tiempo aún más largo. Los resultados sugieren que la variabilidad atmosférica en la escala de las tormentas puede tener un gran impacto en la TSM local.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Un modelo analítico para la variación transversal de la circulación en estuarios asociada a cambios en la batimetría

El objetivo de este trabajo es evaluar la variación transversal del flujo en estuarios asociada a cambios en la batimetría por medio del análisis de modelos conceptuales bidimensionales en los que se considera la respuesta de las corrientes a la acción de diversos forzantes externos. Estos se aplicaron sobre dos tipos de secciones transversales de estuarios diferentes: uno con una sección rectangular y otro con una sección característica del estuario de Bahía Blanca, con una planicie de marea. Se analizó la respuesta de estos estuarios bajo la acción de los forzantes más importantes: la estructura de densidad, la acción de un viento local y finalmente un forzante remoto. Los modelos conceptuales presentados indican que los mecanismos de forzante analizados producen una circulación que es fuertemente dependiente de la batimetría. Para estuarios con estructura batimétrica transversal no uniforme, la respuesta a los forzantes tampoco es uniforme en esta dirección. Sin embargo, para una configuración batimétrica dada, las soluciones pueden ser normalizadas independizándolas de la intensidad del forzante. Por lo tanto, para una configuración batimétrica dada, una vez integrada la ecuación sólo es necesario un dato de velocidad a una cierta profundidad para hacer una estimación razonable de las corrientes en todos los niveles. Cuando los mecanismos de forzante actúan combinados, pueden reforzarse o contrarrestarse mutuamente. Nuestro análisis indica que las variaciones en la batimetría a través del estuario y son muy importantes para la creación de variaciones transversales en el patrón de corrientes. Sin embargo, este tipo de variaciones podría ser difícil de detectar en la naturaleza debido a la superposición de efectos. Estas variaciones laterales de la velocidad podrían tener importantes implicancias en el mantenimiento del transporte residual y el balance de salinidad dentro del estuario.The aim of this paper is to evalúate the lateral variations of the flow in estuaries related to changes in the bathymetry, by means of the analysis of conceptual bidimensional models in which the response to the currents to different external forcings is considered. These models are applied to two kind of estuaries: one with a rectangular bathymetry section and the other one with a section that is characteristic of the estuary of Bahía Blanca, including a tidal fíat. The response to the most important forcings is analyzed. These forcings are the density structure, the action of a local wind and a remote forcing. The analytical models indícate that the analyzed forcings produce a circulation that strongly depends upon the topography. For estuaries with a non-uniform transversal topographic structure, the response is non-uniform in that direction as well. Nevertheless, for a given bathymetry, the solutions can be normalized and made independent of the intensity of the forcing. Therefore, once the equation has been integrated for a given bathymetry, only one velocity data at some depth is needed to make a reasonable estimation of the currents at any level. When the different forcings act together they can either reinforce or debilítate each other. Our analysis indicates that the topography variations across the estuaries are very important in the creation of transversal variations of the current pattern. Nevertheless, due to the superposition effects, it might be difficult to observe this kind of variations in nature. These velocity variations might have important implications in the maintenance of the residual transport and salinity balance in the estuaries.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

On the path of plumes of the Río de La Plata Estuary main tributaries and their mixing scales

With a length of 300 km and a width that narrows from 220 km at its mouth to 40 km at its upper end, the Rio de la Plata is one of the largest estuaries of the world. Its three main tributaries -contributing to a total mean runoff of22,000 m3 s’1- have different properties and are object of diverse environmental impact due to dissimilar development conditions on their shores. The knowledge of the paths of the plumes of those tributaries along the estuary and their mixing scales is necessary for management purposes. In this paper, advection-diffusion equations for passive tracers are coupled to the three-dimensional Hamburg Shelf Ocean Model and validated by means of a case study. Then, simulations in which each tributary is characterized by a different dye tracer are done for scenarios resulting of the combination of diverse characteristic atmospheric forcing and runoff conditions. The impact of bathymetry and Earth’s rotation on plumes paths and mixing is also evaluated. Results indicate that, for mean to low discharge conditions, the path of the waters of the tributaries is in the form of two main plumes. The different water speeds of both tributaries, the presence of a bend immediately after their confluence and the varying geometry and bathymetry of the estuary favor a rapid mixing between the Uruguay and Paraná Guazú-Bravo waters, which then flow along the northern portion of the upper estuary channel. The Paraná de las Palmas waters, instead, occupy the southern shallow region of Playa Honda in the upper estuary and then flow following the southern coast. Downstream Colonia, at the intermediate estuary, the occurrence of another large bend and a change in bathymetric features force the flow to concentrate in the central part of the estuary and favor further mixing between the plumes. For high discharge conditions the northern part of the upper estuary is divided into two regions, one with a larger concentration of Uruguay waters between Oyarvide and Martín Garcia islands and the coast and another with a larger concentration of Paraná Guazú-Bravo waters south of the islands. In this case there is a much larger concentration of Uruguay waters along the northern coast, which might be enhanced if a peak runoff occurs for the Uruguay but not for the Paraná River. These conclusions are consistent with what can be inferred from the conductivity field observed at the intermediate estuary, the bottom sediments distribution and satellite images. Results indicate that even though strong winds can favor the mixing of the plumes, especially along Argentinean coast, they preserve their pattern and the effect of the storms only persists for a few days. For mean runoff, the elapsed time to the arrival of the leading edge of the Paraná de las Palmas, Paraná Guazú- Bravo and Uruguay tracer clouds at Buenos Aires is of around 3, 5 and 7 days, respectively. The elapsed time to the peak concentration of the tracer cloud for a typical mean runoff scenario is of around 20 days at Buenos Aires. For that condition, the flushing times of the upper and upper intermediate estuary are of around 10 and 60 days, respectively. Nevertheless, mixing scales can be half (twice) those valúes for high (low) runoff conditions.Con una extensión de 300 km y un ancho que varía entre 220 km en su boca y 40 km en su parte superior, el Río de la Plata es uno de los mayores estuarios del mundo. Sus tres tributarios -que contribuyen con una descarga media total de 22.000 m3s_1- tienen diferentes propiedades y son objeto de distinto impacto medioambiental debido a condiciones disímiles de desarrollo en sus costas. El conocimiento del camino de las plumas de esos tributarios y sus escalas de mezcla es necesario para propósitos de gestión. En este trabajo, se acoplan ecuaciones de advección-diíusión para trazadores pasivos al modelo tridimensional Hamburg Shelf Ocean Model y se las valida por medio de un estudio de casos. Luego se realizan simulaciones en las cuales cada tributario es caracterizado por un trazador diferente para escenarios que resultan de combinar las diversas condiciones características del forzante atmosférico y la descarga. El impacto de la batimetría y la rotación de la Tierra en el camino de las plumas y su mezcla también es evaluado. Los resultados indican que, para condiciones de descarga media a baja el camino de las aguas de los tributarios es en la forma de dos plumas principales. La diferente velocidad del agua en ambos tributarios, la presencia de una curva inmediatamente después de su confluencia y la geometría y batimetría variables del estuario favorecen una rápida mezcla entre las aguas del Uruguay y el Paraná Guazú-Bravo, que luego fluyen a lo largo de la parte norte del estuario superior. Las aguas del Paraná de las Palmas, en cambio, ocupan la región somera de Playa Honda en la porción sur del estuario superior y luego fluyen a lo largo de la costa sur. Aguas abajo de Colonia, en el estuario medio, la ocurrencia de una gran curva y un cambio en las características batimétricas fuerzan al flujo a concentrarse en la parte central del estuario y favorece mayor mezcla entre las plumas. Para condiciones de descarga alta la porción norte del estuario se divide en dos regiones, una con mayor concentración de aguas del Uruguay entre las islas Oyarvide y Martín García y la costa, y otra con mayor concentración del Paraná Guazú-Bravo al sur de dichas islas. En este caso, hay una concentración mucho mayor de aguas del Uruguay a lo largo de la costa norte, característica que podría incrementarse si un pico de descarga ocurre en el Río Uruguay pero no en el Paraná. Estas conclusiones son consistentes que lo que puede inferirse del campo de conductividad observado en el estuario intermedio, con la distribución de sedimentos de fondo y con imágenes satelitales. Los resultados indican que aunque vientos fuertes pueden favorecer la mezcla de las plumas, especialmente a lo largo de la costa argentina, ellas mantienen su estructura y el efecto de las tormentas sólo persiste unos pocos días. Para descarga media, el tiempo de arribo del borde de las nubes de trazadores de los ríos Paraná de las Palmas, Paraná Guazú-Bravo y Uruguay a Buenos Aires es de aproximadamente 3, 5 y 7 días, respectivamente. El tiempo hasta el alcance de la concentración pico de la nube de trazadores para un escenario típico de descarga media es de alrededor de 20 días para Buenos Aires y 60 días para el estuario medio. Para esa condición, el tiempo de lavado en el estuario superior y medio superior es de alrededor de 10 y 60 días. No obstante, las escalas de mezcla pueden ser la mitad (el doble) de esos valores para condiciones de descarga alta (baja).Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Coastal Environments

working paper -- Universidad de Costa Rica. Centro de Investigaciones Geofísicas, 2014. Sugerencia para citar el documento: Simionato, C. G., E. Alfaro and R. Martinez, 2014. Summary community-based position paper on "Coastal environments", on the outcomes of the World Climate Research Programme (WCRP) Conference for Latin America and the Caribbean, Developing, Linking, and Applying Climate Knowledge. Montevideo, Uruguay, 17-21 March, 2014. Appendix 5, 28-31.It is presented in this document the summary community-based position paper on "Coastal environments", on the outcomes of the World Climate Research Programme (WCRP) Conference for Latin America and the Caribbean, Developing, Linking, and Applying Climate Knowledge. Montevideo, Uruguay, 17-21 March, 2014.Universidad de Costa Rica. WCRP. UBA. CIIFEN.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Básicas::Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI

About the vertical structure of currents in the intermediate Rio de la Plata: observational study

The Río de la Plata is one of the most important estuarine systems of the world and the most developed basin of eastern South America. Water levels and currents have been measured at many locations of the river and a number of depth-integrated (2-D) models have been applied to determine its circulation. Nevertheless, the three-dimensional characteristics of the currents have been never analyzed neither by means of direct observations nor by means of 3-D models. In this work current data measured using an Acoustic Doppler Current Profiler are presented to show the vertical structure of currents in the intermediate Rio de la Plata. In February 2-3 2000, a transect of approximately 16 Km long was repeated eleven times during 25 hours obtaining 1972 current profiles. After applying a specific processing, sinusoids with M2 (12.42 hours) period was fitted to the data series using least squares fitting method. The M2 amplitudes and phases of the EW and NS components of the current and both components corresponding to the mean flow (residuals) were obtained along the transversal section of the transect. Results showed that currents present strong vertical gradients not only in the phases of the semidiurnal constituent but also in the mean flux in the intermediate zone of the Rio de la Plata. Although the intermediate Rio de la Plata is a very shallow basin results reveal that the current from upper to bottom layers can rotate more than 90°. These results indicate that currents respond strongly to the local winds but their effects are mainly manifested at the upper layer. Finally, results indicate that 3-D baroclinic models (including temperature and salinity fields and a realistic atmospheric forcing) should be used in order to obtain a reliable and complete representation of currents especially at the intermediate and outer zone of the Rio de la Plata.El Rio de la Plata es uno de los sistemas fluviales más importantes del mundo y la cuenca más desarrollada del sudeste sudamericano. Los niveles del agua y las corrientes han sido medidos en un gran número de sitios del río y, por otro lado, diversos modelos integrados en la vertical (2-D) han sido aplicados para determinar su circulación. Sin embargo, hasta el momento, las características tridimensionales de las corrientes no han sido descriptas ni mediante observaciones directas ni por medio de modelos 3-D. En este trabajo los datos de corrientes medidos con un Perfilador de Corrientes Acústico Doppler (del inglés ADCP) son presentados para mostrar la compleja estructura vertical de las corrientes en el Río de la Plata intermedio. Entre el 2 y 3 de febrero de 2000 se repitió once veces durante 25 horas una transecta de aproximadamente 16 Km de longitud obteniéndose un total de 1972 perfiles de corriente. Después de aplicar un procesamiento específico las series fueron ajustadas a sinusoides con periodo correspondiente a la componente de marea M2 (12.42 horas) utilizando el método de mínimos cuadrados. Se obtuvo así las amplitudes y fases de las componentes EW y NS de la corriente correspondientes a la M2 y las dos componentes para el flujo medio (residuos) a lo largo de la transecta estudiada. Los resultados muestran que las corrientes en la zona intermedia del Río de la Plata presentan intensos gradientes verticales no solo en las fases de las componentes semidiurnas sino también en las del flujo medio. Aunque el Río de la Plata intermedio es una cuenca muy somera los resultados revelan que las corrientes pueden variar su dirección en más de 90° entre las capas superior e inferior de la columna de agua. Estos resultados indican que las corrientes responden fuertemente a los vientos locales, pero sus efectos son principalmente manifestados en la capa superior. Finalmente, los resultados indican que para obtener una representación confiable y completa de las corrientes especialmente en las zonas intermedia y exterior del Río de la Plata deberían implementarse modelos baroclínicos 3- D que incluyan tanto los campos térmicos y salinos como así también forzantes atmosféricos realistas.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Studies of the sensitivity of the South Atlantic Ocean circulation and the variability of its Boundary Current Systems to the atmospheric forcing according to Bryan-Cox/CIMA model

Fil:Simionato, Claudia G.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Variabilidad anual de la temperatura superficial del mar en la Plataforma Continental Argentina Norte

Twelve years of daily satellite data (0.1° spatial resolution) were used to study the seasonal variability of the sea surface temperature (SST) over the Northern Argentinean Continental Shelf (NACS; between 33°- 45° S and 52°- 66° W). The seasonal cycle, which includes the annual and semi-annual signals, was assessed using harmonic analysis. The annual cycle explained more than 90% of the total variance in the NACS, with SST amplitudes varying from 3.4 to 7.6° C. Largest variances values for this timescale were observed along the Argentinean coast and the inner shelf; particularly in the El Rincón region (exceeding 96%). Empirical Orthogonal Function Analysis (EOF) in S-Mode was applied to daily SST anomalies in the annual timescale, indicating that nearly 94% of its variance was explained by the first two modes, which accounted for 70 and 24% of the variance, respectively. Mode 1 prevailed most of the year with its positive phase occurring in autumn/winter and the negative in spring/summer. This mode revealed the seasonal radiative warming/cooling, related to the heating/cooling in summer/winter in most of the NACS; the shallow waters of the Río de la Plata and El Rincón were heated and cooled more and faster than deeper waters. The weakest seasonal heating/cooling occurred around Península Valdés, where vertical mixing maximizes due to tidal action. Mode 2 corresponded to early spring and early fall in their positive and negative phases, respectively. This mode was related to a transition during the early intermediate seasons when the cooling/heating of an extended coastal region connecting Península Valdés and the Río de la Plata occur.La variabilidad estacional de la temperatura superficial del mar (TSM) en la Plataforma Continental Argentina Norte (PCAN, entre 33º- 45º S y 52º- 66º O) fue estudiada a partir de doce años de datos satelitales de resolución diaria y 0,1° de resolución espacial. El ciclo estacional, que incluye las señales anuales y semianuales, fue evaluado mediante análisis armónico. El ciclo anual explicó más del 90% de la varianza total en la PCAN, con amplitudes de TSM que variaron entre 3,4 y 7,6 ºC. Los mayores valores de varianza para esta escala temporal se observaron a lo largo de la costa argentina y la plataforma continental interna, particularmente en la región de El Rincón (excediendo el 96%). Un análisis de funciones ortogonales empíricas (EOFs) en modo-S aplicado a las anomalías diarias de TSM en la escala anual indicó que casi el 94% de la varianza fue explicada por los primeros dos modos, que representaron el 70 y el 24% de la varianza, respectivamente. El Modo 1 prevaleció la mayor parte del año con su fase positiva en otoño/invierno y la negativa en primavera/verano. Este modo reveló el calentamiento/enfriamiento radiativo estacional, relacionado con el aumento/disminución de las temperaturas en verano/invierno en gran parte de la PCAN; las aguas poco profundas del Río de la Plata y El Rincón se calientan/enfrían más y más rápido que las aguas más profundas. El calentamiento/enfriamiento estacional más débil se produjo alrededor de Península Valdés, donde la mezcla vertical por acción de las mareas es intensa. El Modo 2 corresponde a principios de primavera y principios de otoño en sus fases positiva y negativa, respectivamente. Este modo se encontró relacionado con una transición durante el inicio de las temporadas intermedias, cuando se produce el enfriamiento/calentamiento de una larga región costera que conecta Península Valdés y el Río de la Plata.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

The potential role of wind variability on plankton retention in the Río de la Plata Estuary: a numerical study

The Río de la Plata is one of the most important estuarine systems of the world. It drains the waters of the Paraná and Uruguay rivers, which constitute the second largest basin of South America. As a result, it has a huge discharge with a mean of around 25,000 m3 s-1, and maximum values as high as 50,000 m3 s-1 under extreme conditions. Water stratification is controlled by the confluence of high buoyancy continental discharge advecting offshore, lying on denser shelf waters that intrude into the estuary as a topographically controlled wedge, typically between 100 and 250 km long. The upstream reach of the wedge defines a bottom salinity front, located over a submersed bar named Barra del Indio shoal following the 10 m isobath. Several authors have pointed out the importance of this bottom salinity front in structuring plankton communities as well as in the development of spawning grounds for several coastal fishes. It has been suggested that observed patterns result from retention processes associated to the bottom salinity front. However neither the occurrence of this retention nor the physical and/or behavioral mechanisms involved have been well studied. It has been classically thought that retention would be a natural consequence of the theoretical circulation associated to a salt wedge: salty water incoming from the bottom would push plankton upstream to the bottom salinity front. Nevertheless, several recent papers based on numerical simulations and ADCP current observations have shown that estuarine circulation does not necessarily follow this pattern and, moreover, that it is highly variable and essentially wind dominated. These papers indicate that estuarine scales of variability replicate atmospheric ones, and that currents response to changes in the wind field is very fast, occurring in a lapse of around 6 hours. They also demonstrated that estuarine response to winds can be explained in terms of two modes, both implying currents with a phase lag with respect to winds that depends on the location in the estuary, but that in any case, produce a response in the bottom layer. As a result of the described features, in the time scales relevant to biota, the Río de la Plata would display weather and climate, as the atmosphere does. Atmospheric circulation in the region is characterized in synoptic to intra-seasonal scales by a high variability. As winds in the region rarely blow from the same direction for more than a few days, currents present the same feature. A striking question is, then, whether this highly variable system can favor retention and if this is the fact, what are the involved mechanisms. The aim of this paper is to explore this matter. A set of process oriented numerical experiments in which neutral particles are released along the frontal zone of the Río de la Plata and its vicinity and tracked for different wind conditions in short time scales is conducted. Results of numerical experiments are complemented with an analysis of local wind statistics. As a result a possible mechanism for plankton retention is suggested.Pages: 1383-139