Los procesos de mezcla a pequeña escala son un componente importante del clima oceánico a gran escala, ya que proporcionan flujos de calor cruzados isopycnal, sal y otros trazadores. (ver figura 1). Ejemplos incluyen mezcla impulsada por viento y flotabilidad en la capa superficial del océano, inestabilidades impulsadas por cizalladura a gran escala y ondas internas en el interior del océano, entrelazado doblemente difusivo y procesos impulsados por fricción en el límite inferior. Estos procesos ocurren en escalas mucho más pequeñas que la escala de grillas del modelo climático, por lo que deben ser parametrizadas (representadas en términos de escalas resueltas) en simulaciones climáticas.
Figura 1. Un esquema de los procesos de mezcla a pequeña escala en el océano
El clima oceánico a gran escala, incluida la circulación de vuelco meridional, la absorción de dióxido de carbono antropogénico por el océano, la absorción de calor por el océano y el ciclo biogeoquímico global, puede verse afectado por los flujos de pequeña escala debido a estos procesos de mezcla. Nuestro objetivo es desarrollar parametrizaciones eficientes basadas en la física de estos procesos, utilizando una combinación de simulaciones de alta resolución que resuelvan las escalas predominantes de la mezcla e información de experimentos de laboratorio, teoría y observaciones oceánicas.
GFDL Research
Mezcla en desbordamientos
Los desbordamientos oceánicos son corrientes densas de gravedad atrapadas en el fondo que se originan en cuencas semicerradas, como los mares nórdicos, o en plataformas continentales, como la plataforma antártica, y son la fuente de la mayoría de las aguas abisales. A medida que descienden por la pendiente continental, los desbordamientos se mezclan vigorosamente con las aguas oceánicas circundantes, cambiando su densidad y su transporte de manera significativa. Estos procesos de mezcla ocurren en escalas espaciales muy por debajo de la resolución de los modelos de clima oceánico, y por lo tanto deben ser parametrizados (Legg et al, 2009). La investigación de GFDL se ha centrado en el desarrollo de parametrizaciones mejoradas de la mezcla controlada por cizallamiento entre el desbordamiento y el agua superpuesta (Jackson et al, 2008; Ilicak et al, 2011) y la mezcla en la capa límite friccional (Legg et al, 2006), mejor representación del flujo a través de brechas estrechas (Adcroft, 2013), novela
representación utilizando un submodelo lagrangiano incorporado (Bates et al,
2012a, b) y la comprensión del impacto de la representación de desbordamiento en la circulación a gran escala (Zhang et al, 2011; Wang et al, 2014).
Mezcla impulsada por ondas internas
La energía requerida para mezclar en el interior del océano estratificado es en gran parte suministrada por las mareas y los vientos, que excitan ondas internas (ondas donde la estratificación de densidad estable del océano proporciona la fuerza restauradora), que luego conectan la energía a escalas pequeñas, lo que lleva a mezcla turbulenta Los investigadores de GFDL están examinando la rotura local de ondas internas generadas por mareas en la topografía alta y escarpada (Legg y Klymak, 2008; Klymak et al, 2010) y mediante interacciones de onda de onda no lineales (Nikurashin y Legg, 2011) y la ruptura remota de ondas de modo bajo en la topografía de gran amplitud (Legg, 2014). Las ondas internas también son generadas por los flujos geostróficos sobre la topografía (Nikurashin et al, 2013).
Como parte del equipo multiinstitucional de Proceso de Mezcla Climática Impulsada por Ondas Internas, las parametrizaciones energéticamente consistentes de estos procesos se están implementando en los modelos de clima oceánico GFDL, demostrando sensibilidad a la magnitud y distribución horizontal y vertical de la mezcla impulsada por ondas internas (Melet et al, 2013; Melet et al, 2014).
Superficie mixta
El trabajo de GFDL en procesos de capa superficial mixta incluye el impacto de remolinos submesos en la restratificación de capas mixtas (Fox-Kemper et al, 2008, 2011), la parametrización de la convección heterogénea del océano (Ilicak et al, 2014) y representaciones enérgicamente coherentes del límite dinámica de capas (Hallberg, 2003).
Reducir la mezcla espuria
Los estudios del impacto de las parametrizaciones de mezcla energéticamente consistentes en el clima simulado no son posibles si la formulación del modelo oceánico conduce a una mezcla numérica espuria pobremente restringida (Griffies et al 2000; Ilicak et al, 2012). Por lo tanto, un esfuerzo importante de GFDL ha sido el desarrollo de métodos numéricos para modelos oceánicos diseñados para minimizar la mezcla falsa (White et al, 2009, White y Adcroft 2008, Adcroft y Hallberg, 2006).
Junto con los socios del Centro Nacional de Investigación Atmosférica y el Laboratorio Nacional Los Alamos, GFDL está desarrollando CVMIx, un paquete de software comunitario que incluye las parametrizaciones verticales de mezcla descritas aquí, así como otras utilizadas por la comunidad de modelos de clima oceánico (por ejemplo, Large et al, 1994).
