Estimation of vertical mixing in the North Aegean Sea based on Argo float data

Abstract

Το Βόρειο Αιγαίο θεωρείται μια από τις περιοχές δημιουργίας βαθέων υδάτων της Μεσογείου. Τα επεισόδια σχηματισμού πυκνού νερού είναι σχετικά σποραδικά και κατά τις ενδιάμεσες περιόδους στασιμότητας, τα βαθιά στρώματα είναι πλήρως απομονωμένα από οριζόντιες μεταφορές. Προκειμένου να μελετηθεί η εξέλιξη των βαθέων υδάτων σε υποετήσιες χρονικές κλίμακες, αναλύθηκαν νέα δεδομένα υψηλής συχνότητας ενός πλωτήρα ARGO. Ο συγκεκριμένος πλωτήρας MedArgo (υπ’αριθμόν 6901884) εγκλωβίστηκε το 2014 στη βαθιά λεκάνη του Άθω για 13 μήνες. Η ανάλυση των υδρογραφικών δεδομένων υποδηλώνει ότι το επιφανειακό στρώμα της Μαύρης Θάλασσας λειτουργεί σαν μονωτής θερμοκρασίας και πλευστότητας μεταξύ υδάτινων στρωμάτων και ατμόσφαιρας, παρεμποδίζοντας την δημιουργία βαθέων νερών. Παράλληλα, η καταγραφείσα χρονική εξέλιξη της χωρικά ολοκληρωμένης δυναμικής ανωμαλίας πυκνότητας (σθ) καταδεικνύει ένα επεισόδιο βραχείας δημιουργίας πυκνών νερών που επηρέασε τα μικρότερα των 600 μέτρων βάθη, το οποίο ακολουθήθηκε, μετά το Μάρτιο 2015, από μια πολύμηνη περίοδο στασιμότητας που κράτησε έως το Νοέμβριο 2015. Θα μπορούσε να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ανανέωση των βαθέων λεκανών λαμβάνει χώρα σε υπερετήσιους κύκλους, καθώς οι βαθιές μάζες νερού (>600m) φαίνεται να μη επηρεάζονται από τον κυρίαρχο εποχικό κύκλο. Είναι αξιοσημείωτο, ότι η εξέλιξη του κατακόρυφου συντελεστή διάχυσης KS ( βασισμένος στον ρυθμό μεταβολής της αλατότητας) φανέρωσε την ολίσθηση του αισθητήρα αγωγιμότητας (sensor drift) του συγκεκριμένου πλωτήρα MedArgo. Επιπλέον, οι διορθώσεις της αγωγιμότητας επιβεβαίωσαν την ύπαρξη ολίσθησης της αλατότητας από 0,0039 έως 0,0112 psu κατά την περίοδο στασιμότητας λόγω του ρυθμού αύξησης της αγωγιμότητας από 4,6748×10^-5 mmho day^-1. Μετά από την απαραίτητη διόρθωση εκτιμήθηκε ότι οι κατακόρυφοι συντελεστές διάχυσης Kσθ, KS, KT κυμαίνονται μεταξύ 6-7×10^-5 και 2-3×10^-3 m^2s^-1. Συμπεραίνοντας, φαίνεται ότι η καλή συμφωνία των τριών συντελεστών διάχυσης Kc καθώς και το γεγονός ότι οι ιδιότητες των βαθέων υδάτινων μαζών κινούνται κατά μήκος της καμπύλης θ-S, προσδιορίζουν ως κυρίαρχη διεργασία κατακόρυφης διάχυσης την τυρβώδους ανάμειξη.

The North Aegean Sea is considered as a region of deep water formation in the Mediterranean. Dense water formation events are known to take place rather infrequently and in the time intervals between such events, the bottom waters are excluded from interaction with other water masses through advection. In order to examine the evolution of deep waters during those periods at shorter-than-annual time scales, new, high-frequency data from a profiling ARGO float were analyzed. The specific MedArgo float (nr.6901884) was trapped during 2014-2015 within the deep Athos basin, and remained there for 13 months. The analyzed hydrographic profiles point out that the Black Sea Water surface layer is an effective isolator between the deep layers of the North Aegean and the atmosphere, absorbing large amounts of heat and buoyancy as well as hindering dense water formation. Also, the temporal evolution of the averaged potential density anomaly possibly reveals short-termed dense-water formation that affected layers shallower than 600 m and was followed (after March 2015) by a longer-termed stagnation period lasting till November 2015. It seems that the water masses deeper than 600m remain almost constant, without being affected by the dominant seasonal cycle. It could be possible to conclude, that the replenishment of deep basins takes place in longer-than-annual cycles, since the seasonal cycle seems to affect only the upper water masses. It is noteworthy, that the vertical eddy diffusion coefficient (based on the observed rate of change of salinity) indicated a positive conductivity sensor drift of the profiling float. Furthermore, the conductivity corrections verified a remarkable drift in salinity of 0,0039 to 0,0112 psu during the stagnation period due to the increasing conductivity sensor drift rate of 4,6748×10^-5 mmho day^-1. After correcting the sensor’s drift, the eddy diffusion coefficients were found to range between 6-7×10^-5 and 2-3×10^-3 m^2s^-1 for the deeper than 400m waters. Considering that the deep basins of the North Aegean are practically isolated below the 400m threshold during the stagnation period, the good agreement of the three diffusion coefficients Kc and the fact that the properties of deeper water masses slide along the θ-S curve towards lower densities suggests that the dominant process in vertical diffusion is turbulent mixing.