Study of the equatorial Atlantic Ocean mixing layer using a one-dimensional turbulence model

Abstract

A B S T R A C TThe General Ocean Turbulence Model (GOTM) is applied to the diagnostic turbulence field of the mixing layer (ML) over the equatorial region of the Atlantic Ocean. Two situations were investigated: rainy and dry seasons, defined, respectively, by the presence of the intertropical convergence zone and by its northward displacement. Simulations were carried out using data from a PIRATA buoy located on the equator at 23 o W to compute surface turbulent fluxes and from the NASA/GEWEX Surface Radiation Budget Project to close the surface radiation balance. A data assimilation scheme was used as a surrogate for the physical effects not present in the onedimensional model. In the rainy season, results show that the ML is shallower due to the weaker surface stress and stronger stable stratification; the maximum ML depth reached during this season is around 15 m, with an averaged diurnal variation of 7 m depth. In the dry season, the stronger surface stress and the enhanced surface heat balance components enable higher mechanical production of turbulent kinetic energy and, at night, the buoyancy acts also enhancing turbulence in the first meters of depth, characterizing a deeper ML, reaching around 60 m and presenting an average diurnal variation of 30 m. R E S U M OO modelo General Ocean Turbulence Model (GOTM) é aplicado para diagnosticar o campo de turbulência da camada de mistura oceânica (CM) na região equatorial do Oceano Atlântico. Foram investigadas as estações chuvosa e seca, definidas, respectivamente, pela presença da zona de convergência intertropical e pelo seu deslocamento para norte. Simulações foram realizadas usando dados da bóia PIRATA (0 o , 23 o W) para o cálculo dos fluxos turbulentos de superfície e dados do Projeto NASA/GEWEX Surface Radiation Budget para "fechar" o balanço de radiação na superfície. Um esquema para assimilação de dados foi usado para considerar os mecanismos físicos não representados pelo modelo unidimensional. Para a estação chuvosa, os resultados mostraram uma CM rasa devido à menor tensão de cisalhamento na superfície e a estratificação estável da camada superior oceânica; a profundidade máxima alcançada é da ordem de 15 m com uma variação diurna média de 7 m de profundidade. Na segunda estação, a tensão de cisalhamento mais intensa e o aumento das trocas de calor em superfície geraram maior produção mecânica de energia cinética turbulenta e a noite o empuxo também favoreceu a formação de uma CM mais profunda, alcançando até 60 m, e com variação diurna de 30 m em média.

Oligotrophic water conditions associated with organic matter regeneration support life and indicate pollution on the western side of Fernando de Noronha Island - NE, Brazil (3°S)

“…The surface waters (<20m) off the western coast of Fernando de Noronha, in the most touristic and highly populated area continue to be occupied by incredible life forms. The oligotrophic conditions confirm the transport of equatorial surface water by the NBUC as observed in the Equatorial Atlantic circulation models described by some authors (Molinari et al, 1981;Bourlès, et al, 1999;Mémery et al, 2000;Skielka et al, 2010). Around oceanic islands, sometimes the raising of the thermocline into the euphotic zone induced by seamount structures results in a Taylor-column, as mentioned by Boehlert and Mundy (1993), though no sign of upwelling was observed, a low level of inorganic nutrients persisting in the coastal fringe studied.…”

“…In equatorial waters, the variations of the sea surface temperature (SST) result from an important air-sea interaction process evident in the Tropical Atlantic Ocean, where variations of wind-induced vertical mixing and the vertical and horizontal advection of heat occur, as evidenced by several authors (Weingartner and Weisberg, 1991;Yu et al, 2010;Skielka et al, 2010). Considering this oceanic region, the entire Fernando de Noronha archipelago, it comes under the influence of the central branch of the South Equatorial Current (CSEC), flowing from E to W (≈30 cm.s -1 ) between the surface and a nominal depth of 100m.…”

Variação diurna do fluxo de CO2 na interface ar-mar do Oceano Atlântico Equatorial

“…A superfície do oceano, nesta região, é supersaturada de CO 2 em relação ao ar e o sentido do fluxo é, na média anual, do oceano para a atmosfera. Além disso, como explica Libes(2009), lugares sujeitos a eventos de ressurgência, como o oceano Atlântico equatorial(Skielka et al, 2010), trazem águas mais profundas, ricas em CO 2 , para a superfície. Uma vez que essas águas frias e ricas em CO 2 entram na camada de mistura oceânica equatorial, elas se aquecem.…”

“…Dessa forma, apresenta resultados fisicamente mais consistentes na ausência de processos advectivos horizontais, na presença de ventos com velocidade superior a 6 m s -1 e em períodos de grande incidência de radiação solar. Conforme mostrado porSkielka et al (2010), dos dados disponíveis na região, o período que mais se assemelha a essas indicações é o segundo semestre de cada ano, quando a ZCIT não se encontra mais sobre a região investigada neste trabalho, há pouca precipitação, há grande intensidade de radiação solar incidente na superfície, o regime de ventos é mais intenso e há pouca contribuição de processos advectivos horizontais.Dos meses do segundo semestre, o escolhido foi o de agosto, pois, como será discutido na seção 2.2 em diante, além de apresentar as características físicas buscadas, foi o único do segundo semestre do ano onde havia dados de pressão parcial e de fração molar do CO 2 disponíveis tanto no oceano quanto na atmosfera, na região investigada. Os dados oceanográficos e meteorológicos utilizados neste trabalho foram obtidos in situ por uma bóia oceanográfica do Prediction and Research Moored Array over the Tropical Atlantic Ocean (PIRATA;Servain et al, 1998; Bourlès et al, 2008) fundeada em (0°, 23°W).…”