Atmospheric forcing as a source for ocean variability at the Brazil-Malvinas confluence zone

Abstract

The goal of this study is to evaluate 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 region 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.