Tidal dynamics on the North Patagonian Argentinean Gulfs

Semidiurnal (M2, S2, N2 and K2), diurnal (K1,O1 and P1) and quarter-diurnal (M4, MN4 and MS4) barotropic tides over the North Patagonian Gulfs of Argentina: San Matías, (SMG), Nuevo (NG) and San José (SJG) are examined using a regional numerical model. Detailed comparison of computed elevations and currents with those obtained from harmonic analysis of few long-term observational records showed good agreement. A large amplification of all semidiurnal waves is recorded when they cross SMG mouth. Most of the tidal energy coming from the south at this frequency dissipates to the northeast of Valdés Península, where the largest tidal currents are located. While M2 currents (up to 2–2.5 m/s) are dominant, there are large S2 and N2 currents and locally intensified diurnal currents (5–10 cm/s) in some outer shelf locations. At difference with the semidiurnal and diurnal tides the higher harmonics M4, MS4 and MN4 develop a large amplification inside the NG. The model revealed a complex field of tidal residual currents. The intensity of such currents in some locations are of the same order of magnitude as those generated by winds or offshore forcing. We have identified three main patterns of residual circulation: regional coastal currents and gulf-wide gyres; inlet eddies and, topographic eddies. Vorticity balances and sensitivity experiments indicate that non-linear advection and bottom topography are the key mechanisms involved in the generation of these residual structures.Fil: Tonini, Mariano Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Nacional Patagónico; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentin

The Burdwood Bank Circulation

A suite of high-resolution numerical simulations characterizes the oceanic circulation in the Burdwood Bank, a shallow seamount located in the northeastern end of the Drake Passage. Model analysis shows energetic upwelling and mixing uplifting deep and benthic waters into the photic layer. Tides and the Antarctic Circumpolar Current are the primary drivers of the bank's circulation. Tidal forcing is the main driver for the entrainment of deep waters into the upper layers of the bank and local wind forcing for the detrainment of these waters into the deep ocean. Passive tracer diagnostics suggest that the dynamical processes triggered by the Burdwood Bank could have a significant impact on local ecosystems and the biogeochemical balance of the southwestern Atlantic region, which is one of the most fertile portions of the Southern Ocean. Model results are robust—they are reproduced in a wide array of model configurations—but there is insufficient observational evidence to corroborate them. Satellite color imagery does not show substantial chlorophyll blooms in this region but it shows strong phytoplankton plumes emanating from the bank. There are several potential explanations for the chlorophyll deficit, including lack of light due to persistent cloud cover, deep mixing layers, fast ocean currents, and the likelihood that blooms, while extant, might not develop on the surface. None of these possibilities can be confirmed at this stage.Fil: Matano, Ricardo P.. State University of Oregon; Estados UnidosFil: Palma, Elbio Daniel. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Combes, Vincent. State University of Oregon; Estados Unido

A Numerical Study of the Magellan Plume

In this modeling study we investigate the dynamical mechanisms controlling the spreading of the Magellan Plume, which is a low-salinity tongue that extends along the Patagonian Shelf. Our results indicate that the overall characteristics of the plume (width, depth, spreading rate, etc.) are primarily influenced by tidal forcing, which manifests through tidal mixing and tidal residual currents. Tidal forcing produces a homogenization of the plume’s waters and an offshore displacement of its salinity front. The interaction between tidal and wind-forcing reinforces the downstream and upstream buoyancy transports of the plume. The influence of the Malvinas Current on the Magellan Plume is more dominant north of 50S, where it increases the along-shelf velocities and generates intrusions of saltier waters from the outer shelf, thus causing a reduction of the downstream buoyancy transport. Our experiments also indicate that the northern limit of the Magellan Plume is set by a high salinity discharge from the San Matias Gulf. Sensitivity experiments show that increments of the wind stress cause a decrease of the downstream buoyancy transport and an increase of the upstream buoyancy transport. Variations of the magnitude of the discharge produce substantial modifications in the downstream penetration of the plume and buoyancy transport. The Magellan discharge generates a northeastward current in the middle shelf, a recirculation gyre south of the inlet and a region of weak currents father north.Fil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Matano, Ricardo. Oregon State University; Estados Unido

An idealized study of near equatorial river plumes

The dynamics of near equatorial river plumes (NERPs) are investigated using a highly idealized model. The spreading of a NERP from an eastern boundary is characterized by a continuous shedding of westward propagating eddies. This process transfers the bulk of the freshwater discharge to the deep ocean, thus distinguishing NERPs from their midlatitude counterparts. In the long-term limit, a NERP can be rationalized as a β-plume emanating from a coastal source. The evolution of NERPs in an unstratified basin is quite different from that in a stratified one. The spin-up in an unstratified basin is characterized by the formation of an anticyclonic bulge, which spreads westward thus creating a density stratification that favors the subsequent development of smaller and faster moving secondary eddies. The collision of the secondary eddies with the leading bulge arrests the effects of mixing thus allowing the further spreading of the buoyancy anomaly. In a stratified basin, the generation of anticyclonic eddies is accompanied by a concurrent generation of cyclones, which pump saltier waters to the surface hence leading to smaller sea surface salinity (SSS) anomalies. NERPs are sensitive to variations of the freshwater flux (Qfw) and the geomorphological setting. Larger Qfw generates bigger eddies, which spread at a rate proportional to the square root of the normalized flux. Wide shelves allow the interaction of the eddies with the bottom, thus promoting a cyclonic shift of the axis of the eddy train. The inclination of the coast affects the dynamical balance controlling the near-field behavior of NERPs.Fil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Matano, Ricardo. State University of Oregon; Estados Unido

Circulación residual y vorticidad mareal en los golfos Norpatagónicos

En este trabajo empleamos un modelo numérico de alta resolución para estudiar los flujos de energía, disipación y flujos residuales generados por la marea en la región. Las amplitudes y fases de la onda de marea y las velocidades (elipses de marea) modeladas concuerdan con mediciones de tablas de marea y las escasas observaciones de corrientes disponibles. De la totalidad de la energía mareal que entra por el borde sur del dominio, una porción pequeña ingresa al Golfo Nuevo (GN) siguiendo el resto en dirección norte y penetrando por el sector sur de la boca del GSM. La disipación no es uniforme, y se concentra básicamente en las zonas de topografía altamente variable como son las bocas de los golfos GN, Golfo San José (GSJ) y GSM, en especial en la zona Norte de Península Valdés. La marea puede producir corrientes residuales por interacción no-lineal en presencia de topografía variable, tanto en variaciones bruscas de topografía de fondo como en la línea de costa. La circulación residual generada por la marea está compuesta de tres patrones básicos: a) Giros horarios generales en el interior del GN y GSM, b) giros topográficos menores sobre bancos, pozos y c) cuadrupolos ubicados en la boca de los GN y Golfo San José (GSJ) y dipolos alrededor de promontorios. La formación de estos giros se produce por interacción no-lineal del flujo oscilatorio con la geomorfología del lugar y la rotación terrestre, la cual es luego transferida al flujo medio (residual). Las características dinámicas de estos tres patrones son analizadas por medio de balances de vorticidad. El balance de vorticidad media es entre el término advectivo y la fricción de fondo, siendo la principal fuente de producción de vorticidad para el caso "a" la advección y la fricción por pendiente de la topografía del fondo, para el caso "b" la fricción de fondo en presencia de topografía variable y en "c" la producción de vorticidad por variación brusca de la línea de costa (generándose aún con topografía constante). Los resultados del modelo son consistentes con trabajos previos y configuraciones similares estudiadas en dominios idealizados.Fil: Tonini, Mariano Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur; Argentin

Métodos Numéricos para el Seguimiento de Partículas en el Modelado Físico-Biológico del Océano

Los Métodos Lagrangeanos de Seguimiento de Partículas (MLP) resultan herramientas adecuadas para aplicaciones en modelado físico-bio lógico del océano, permitiendo investigar las trayectorias y transporte de partículas que ‘derivan ’ en el océano. Debido a la complejidad de la dinámica oceánica, representada por procesos ocea nográficos que ocurren en distintas escalas de tiempo, la aplicación de MLPs debe ser analizada con respecto a las limitaciones matemáticas y numéricas de los métodos de integración de ecu aciones diferenciales ordinarias (EDO), que son integradas para determinar la posición de las par tículas en función del tiempo, y las consecuencias de estas limitaciones en la resolución de la trayectoria ‘real’ de partículas que derivan en el océano. El presente trabajo tiene como objetivo comparar las soluciones analíticas y numéricas de un grupo de EDOs, que varían desde ecuaciones no rígidas h asta ecuaciones fuertemente rígidas, empleando algunos de los métodos numéricos de solución de EDO más utilizados en la simulación digital de sistemas dinámicos y modelado físico-biológico del océano. Además, el trabajo expone una detallada discusión sobre las limitaciones de los métodos testeados con respecto a dinámica oceánica ‘rígida’ y destaca el comportamiento de métodos explícitos de la familia Runge-Kutta de mayor orden y paso fijo como el RK4 y RK5 , en la resolución de sistemas rígidos bajo condición de criterio en seleccionar el tamaño del paso de tiempo apropiado. El est udio tendrá posteriormente aplicación en estudios de modelado físico-biológico en regiones particulares con dinámica oceánica ‘rígida’ como la plataforma continental Argentina.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmosfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmosfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin

Modelado de frentes térmicos costeros

En este trabajo nos proponemos investigar los efectos dinámicos de la marea, el flujo de calor, y la intensidad y dirección del viento en la formación y evolución estacional de frentes térmicos costeros mediante el empleo de un modelo de alta resolución no-lineal tridimensional. Entre los efectos a estudiar se encuentra la extensión de la zona costera bien mezclada del frente, y la profundidad de la capa de mezcla e intensidad de la termoclina en la región estratificada. Adicionalmente se examina la habilidad de varias parametrizaciones empleadas en modelado oceánico para simular la evolución de la mezcla vertical turbulenta, pieza clave en la dinámica de frentes. Los experimentos numéricos se inicializan en una situación de invierno realizándose simulaciones de largo tiempo con forzante mensual. Vientos del oeste aumentan la profundidad de la capa de mezcla y producen resultados más cercanos a las observaciones. Se discuten en detalle cuatro alternativas para la parametrización de la difusión vertical turbulenta: Mellor-Yamada (MY), Umlauf-Burchard (GLS), Large (LMD) y Brunt-Väisälä (BVF). Los esquemas de mezcla vertical GLS y BVF producen capas de mezcla superficial menos profundas y termoclinas anchas. Los esquemas MY y LMD generan capas de mezcla más profundas y temoclinas más intensas, con los resultados producidos por MY más cercanos a las observaciones. El incremento en la resolución vertical tiene algún impacto en la profundidad de la capa de mezcla, pero su efecto es poco importante más allá de cierto límite, que en nuestro modelo es del orden de 30 niveles verticales.Fil: Tonini, Mariano Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Características Físicas de Plumas Atrapadas por el Fondo

La descarga de estuarios y ríos sobre la plataforma continental forma plumas que transportan aguas menos salinas conjuntamente con sedimentos, nutrientes y materiales antropogénicos. Aunque se ha avanzado considerablemente en el conocimiento de la dinámica de plumas superficiales (confinadas a las capas superiores del océano), aquellas atrapadas por el fondo (que ocupan toda la columna de agua) han recibido mucha menos atención. Debido a que estas últimas son generadas por grandes descargas, su impacto en el ecosistema oceánico es mayor. Este trabajo se propone como objetivo ampliar estudios previos analizando la naturaleza de los procesos físicos básicos asociados a la penetración longitudinal y transversal y al transporte de flotabilidad de plumas de gran escala mediante el empleo de modelos oceánicos implementados en un dominio simplificado. En el mismo se analiza la sensibilidad de esas características ante variaciones ambientales (pendiente de la plataforma, fricción de fondo, difusión lateral). Las características de la pluma difieren fundamentalmente aguas abajo (D) y aguas arriba (U) de la descarga. El transporte de flotabilidad en la región D disminuye considerablemente con el aumento de pendiente, siendo compensado por un incremento correspondiente en la región U. Un incremento de la pendiente retrae la pluma hacia la costa en la región D, mientras que expande la pluma transversalmente a la costa en la zona U. La expansión lateral de la pluma en la superficie se halla controlada mayormente por la fricción de fondo. Los resultados muestran además una marcada dependencia del transporte de flotabilidad con la mezcla lateral para todas las pendientes, siendo mayor el transporte en la región D a medida que disminuye la mezcla.Fil: Sitz, Lina Elisabet. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Matano, Ricardo. State University of Oregon; Estados Unido

The influence of the Brazil and Malvinas Currents on the Southwestern Atlantic Shelf Circulation

The oceanic circulation over the southwestern Atlantic shelf is influenced by large tidal amplitudes, substantial freshwater discharges, high wind speeds and – most importantly – by its proximity to two of the largest western boundary currents of the world ocean: the Brazil and Malvinas currents. This review article aims to discriminate the dynamical processes controlling the interaction between this extensive shelf region and the deep-ocean. The discussion is focused on two broad regions: the South Brazil Bight to the north, and Patagonia to the south. The exchanges between the Brazil Current and the South Brazil Bight are characterized by the intermittent development of eddies and meanders of the Brazil Current at the shelfbreak. However, it is argued that this is not the only – nor the most important – influence of the Brazil Current on the shelf. Numerical simulations show that the thermohaline structure of the South Brazil Bight can be entirely ascribed to steady state, bottom boundary layer interactions between the shelf and the Brazil Current. The Malvinas Current does not show the development of eddies and meanders, but its influence on the Patagonian shelf is not less important. Models and observations indicate that the Malvinas Current not only controls the shelfbreak dynamics and cross-shelf exchanges but also influences the circulation in the shelf's interior.Fil: Matano, Ricardo. Oregon State University; Estados UnidosFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Piola, Alberto Ricardo. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Centro Arg.de Oceanografía; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentin

Modeling the Offshore Export of Subantarctic Shelf Waters From the Patagonian Shelf

It has been suggested that the Subtropical Shelf Front (STSF) could be a preferential site for the detrainment of Subantarctic Shelf Water (SASW) and related planktonic shelf species onto the open SW Atlantic Ocean. The offshore detrainment of SASW and planktonic shelf species might be an exportation mechanism, affecting the population abundances of fishing resources in Argentina, Uruguay, and Southern Brazil. In this study, we characterize for the first time the 3-D structure of the STSF and the main routes of offshore export of SASW from the Patagonian shelf during austral summer (summer and early fall) and winter (winter and early spring) by using numerical hydrodynamical model results and Lagrangian tracking simulations of neutrally buoyant floats. The transport of SASW toward the open ocean is ~1 Sv (1 Sv = 106 m3/s) during summer and ~0.8 Sv during winter. SASW are exported offshore mainly near the Brazil-Malvinas Confluence region during both seasons. The STSF appears to act as an important retention mechanism for the plankton over the inner and middle shelf mainly during late summer and early fall. Our findings could explain the life cycle of distinct fish species that are distributed in the region, as well as the population abundance variability of such species.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Combes, Vincent. State University of Oregon; Estados UnidosFil: Acha, Eduardo Marcelo. Instituto Nacional de Investigaciones y Desarrollo Pesquero; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Saraceno, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentin