Deep convection in the Greenland Sea: Experimental study of the preconditioning and mixing phases
Convection profonde en Mer du Groenland: Etude expérimentale des phases de préconditionnement et de mélange
Résumé
Several oceanographic research projects presently focus on deep convection in the Greenland Sea, which is considered an important source of North Atlantic Deep Water. Major results from studies of 1993 and 1994 winter data, obtained from isobaric floats drifting between 250 and 850 m depth, and from a comprehensive dataset including meteorological, hydrological and ice cover data, are presented here. The relatively mild 1994 winter only induced a partial deep convection in an ice free basin, where an anticyclonic eddy appeared as a better preconditionned site for deep mixing. This eddy seemed to come from an interaction between a surface advection of Modified Atlantic Water and a patch of cold Arctic Intermediate Water below, formed by previous convective events that could have occurred during the preceding winter. Neither the aspect of this feature nor its spatial and temporal stability could be directly related to inverse or direct cascades usually suggested as mechanisms in deep convection processes. In 1994, the mixed layer evolution was controlled by tridimensional turbulent dynamics, very dependent on the surface forcing and on the basin stratification, and strongly influenced by mesoscale structures. Correlated to the most intense air-sea fluxes of 1994 winter, the activation of the mixing phase was identified as a regime transition in the amplitudes and frequencies of water vertical velocities w. Using a high resolution non hydrostatic model, we showed that low frequency components of w measured by floats were most likely the effects of the arrangement of turbulent convective cells (plumes) generated by strong and sudden surface buoyancy losses.
La convection profonde en Mer du Groenland, source importante des eaux profondes de l'Atlantique Nord, fait actuellement l'objet de recherches approfondies. Nous présentons ici les principaux résultats obtenus au cours des hivers de 1993 et 1994 à partir de mesures de flotteurs isobares dérivant entre 250 et 850 m de profondeur et d'un vaste ensemble de données hydrologiques, météorologiques et glaciologiques. L'hiver 1994, peu rigoureux, ne donne lieu qu'à une convection semi-profonde dans un bassin libre de glace, où un tourbillon anticyclonique d'environ 40 km de diamètre apparaît comme un site privilégié du mélange convectif à l'ouest du gyre du Groenland. Il semble provenir d'une interaction entre de l'Eau Atlantique Modifiée advectée en surface et une poche froide d'Eau Arctique Intermédiaire située en dessous et issue d'événements convectifs antérieurs pouvant remonter à l'hiver précédent. L'analyse de la physionomie et de la stabilité spatiale et temporelle de ce tourbillon n'a pas permis de relier son origine et son évolution à des scénarios de type cascade directe et cascade inverse habituellement invoqués dans les phénomènes de convection plus profonde. En 1994, l'évolution de la couche mélangée a été plutôt dominée par une dynamique turbulente tridimensionnelle très dépendante du forçage en surface et de la stratification du bassin, elle-même fortement influencée par la présence de structures de méso-échelle. Corrélée aux flux air-mer les plus intenses de l'hiver 1994, la phase de mélange active est identifiée par un changement de régime dans les amplitudes et la signature en fréquence des vitesses verticales de l'eau w mesurées par les flotteurs. A l'aide d'un modèle non hydrostatique à haute résolution simulant le comportement de flotteurs isobares, nous avons montré que, pendant la phase de mélange, l'apparition d'une composante basse fréquence observée sur les vitesses w est vraisemblablement associée à l'organisation de cellules turbulentes (panaches) engendrées par les fortes et soudaines pertes de flottabilité en surface.
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