Three Dimensional Lagrangian Structures in Turbulent Flows: Application to Oceanic Processes

Abstract

[EN] The dynamics of the ocean is characterized by multiple time and space scales of motion driven by the energy input at the large scale ocean gyres. Through the mechanism of baroclinic instability, a substantial part of this energy input is transferred to mesoscale motions, characterized by time and space scales of weeks to months and tens to hundreds of kilometers. These mesoscale motions are ubiquitous in the global ocean and occur as Rossby waves or mesoscale eddies. These last are masses of uid in nonlinear rotation, typically with diameters of the order of 100 kms and depths up to 1000 meters. They are long lived (life spans reaching few months) and can carry diferentiated water masses through hundreds of kilometers across the open ocean. Water masses in the ocean move principally in the horizontal, and vertical veloc- ities are normally negligible due to the combined ffect of rotation and stratification. However, vertical motions are at the core of extremely important processes in the ocean, specially in the vertical exchange of tracers between the stratfied interior and the well mixed superficial layers. The supply of nutrients to the usually nutrient depleted surface waters, where photosynthesis and production of new organic matter occurs, is one of such processes. Mesoscale motions are an important driver of these vertical exchanges and are responsible for a large supply of nutrients to the euphotic layer.

[ES] La dinamica del océano se caracteriza por múltiples escalas espacio-temporales regidas por el suministro de energía en los giros oceánicos de gran escala. A través del mecanismo de inestabilidad baroclínico una gran parte de esta energía es tranferida a los movimientos de mesoescala caracterizados por escalas espacio-temporales de semanas a meses y de decenas a cientos de kilómetros. Estos movimientos de mesoescala son comunes en el océano y ocurren como ondas de Rossby o remolinos de mesoescala. Estos últimos constituyen uido en rotación nolineal, típicamente con diámetros del orden de los 100 kilómetros y profundidades de hasta los 1000 metros. Estos tienen un tiempo de vida extenso alcanzando algunos meses de existencia y pueden transportar masas de agua diferenciadas cientos de kilómetros a través del océano. Las masas de agua en el océano se mueven principalmente en la horizontal y las velocidades verticales son normalmente despreciables debido al efecto combinado de la rotación y la estratificación del océano. Sin embargo, los movimientos verticales están en el núcleo de procesos oceánicos muy importantes, especialmente en el intercambio vertical de los trazadores entre el interior estratficado del océano y las capas superficiales bien mezcladas. Uno de estos procesos es el suministro de los nutrientes hacia las aguas superficiales, usualmente desprovistas de nutrientes, donde la fotosíntesis y la producción del nuevo material orgánico ocurren. Los movimientos de mesoescala son un importante conductor de estos intercambios verticales y son los responsables de una gran aportación de nutrientes a la capa eufótica.