Characteristics and impact of mesoscale eddies in the eastern tropical North Atlantic

Schütte, Florian

A combination of multiple ocean observing system elements is used to assess the mesoscale eddy activity in the tropical Atlantic off northwestern Africa (12-22°N and 15-26°W). Considering just the rotation direction of the surface flow field, eddies are categorized into cyclonic (CEs) and anticyclonic eddies. If vertical stratification is considered additionally, a refinement can be made by distinguishing between anticyclonic (AEs) and anticyclonic modewater eddies (ACMEs). ACMEs are characterized by a subsurface mode of rather homogenous water located between upward and downward displaced isopycnals. Eddies can be identified and classified from space by investigating the sea surface parameters: Sea level anomaly (SLA), sea surface temperature (SST) and sea surface salinity (SSS). AEs/CEs are associated with an elevation/depression of SLA and enhanced/reduced SST and SSS in their cores. However, 20% of all anticyclonic eddies are associated with reduced SST and SSS instead and are identified as ACMEs. In the area of interest, about 146±4 eddies per year with a minimum lifetime of 7 days are identified (52% CEs, 39% AEs, 9% ACMEs). All observed eddies are isolated and serve as transport agents, exporting water from the coast into the open ocean. In CEs and ACMEs low oxygen cores are identified and related to enhanced primary production at the surface and an associated elevated respiration rates within the isolated eddy cores. It could be observed that the phase speed of NIWs and the speed of the mean eddy flow are of similar magnitude. Therefore, critical layer formation is expected and mixing is likely to occur close to the euphotic zone at the eddy periphery. These processes describe one mechanism that support an upward nutrient flux towards the euphotic zone and the coexistence with a highly isolated eddy core. The analysis shows that anomalous environments associated with eddy cores occur more frequently than previously expected.

In dieser Studie wurden die Eigenschaften mesoskaliger Wirbel im tropischen Nordost Atlantik untersucht. Berücksichtigt man ausschließlich die Rotationsrichtungen, lassen sich Wirbel in Zyklone (CEs) und Antizyklone (AEs) unterteilen. Mithilfe der vertikalen Schichtung kann ein dritter Wirbeltyp unterschieden werden, der antizyklonale Modewasser-Wirbel (ACME). Der Kern eines ACME besteht aus einer vergleichsweise homogenen Wassermasse, und wird von nach oben und unten ausgelenkten Dichteflächen eingeschlossen. Alle drei Wirbeltypen konnten via folgenden Satellitenbeobachtung identifiziert werden: Meeresoberflächenauslenkung (SLA), Meeresoberflächentemperatur (SST) und Meeresoberflächensalzgehalt (SSS). AEs/CEs weisen erhöhte/reduzierte SLA, SST und SSS auf. Von allen antizyklonal rotierenden Wirbeln jedoch zeigten etwa 20% reduzierte SST und SSS auf und konnten somit als ACMEs identifiziert werden. Im gesamten Untersuchungsgebiet wurden 146±4 Wirbel pro Jahr mit einer Lebensdauer von mehr als 7 Tagen gezählt (52% CEs, 39% AEs, 9% ACMEs). Alle untersuchten Wirbel waren isoliert und transportierten Wassermassen von der Küste offshore. CEs und ACMEs zeichneten sich mit einer sehr niedrigen Sauerstoffkonzentration in ihren Wirbelkernen, einer verstärkten Primärproduktion an der Oberfläche sowie einem höheren Sauerstoffverbrauch innerhalb des isolierten Wirbelkerns aus. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass die Bildung kritischer Schichten und infolgedessen eine intensive vertikale Durchmischung am Wirbelrand auftritt. Hervorgerufen wird diese durch die Wechselwirkung der Rotation des Wirbels mit Wellen, die eine Frequenz nahe der Trägheitsfrequenz aufweisen. Dieser Prozess könnte einen Weg beschreiben, der vertikalen Transport von Nährstoffen in die euphotischen Zone und die zeitgleiche Existenz eines isolierten Kerns möglich macht. Die Analyse zeigt, dass die beobachteten extremen Wassermassenanomalien in den Wirbelkernen häufiger als zuvor erwartet auftreten.

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Schütte, Florian: Characteristics and impact of mesoscale eddies in the eastern tropical North Atlantic.

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