The Nature and Variability of Eddy Kinetic Energy in an Ocean General Circulation ModelWith a Focus on the South Pacific Subtropical Gyre and the Labrador Sea

Rieck, Jan Klaus ORCID

This thesis focuses on the nature of oceanic Eddy Kinetic Energy (EKE), its generation and temporal variability. An Ocean General Circulation Model (OGCM) based on the NEMO code builds the foundation for these investigations. For a first case study, several simulations of a 1/4° configuration are used to investigate the temporal variability of EKE in the South Pacific Subtropical Countercurrent (STCC). Decadal changes in wind stress curl associated with the Interdecadal Pacific Oscillation (IPO) lead to up- and downwelling in the STCC, influencing the meridional density gradient and thereby STCC strength, baroclinic instability and the resulting EKE. An additional 30 to 40% of the local density anomalies can be explained by long baroclinic Rossby waves propagating into the region, modulating the decadal signal of the IPO’s influence in the STCC on interannual time scales. In a second case study, the model’s horizontal resolution is regionally increased to 1/20° in the North Atlantic to investigate different types of mesoscale eddies in the Labrador Sea. On decadal time scales, the temporal variability of EKE in the LS is driven by the large-scale atmospheric circulation. In the case of Convective Eddies (CE), local winter heat loss leads to deep convection, a baroclinically unstable rim-current is established along the edge of the convection area and generates EKE at mid-depth. The variations of EKE associated with the surface intensified Irminger Rings (IR) and Boundary Current Eddies are driven by the large-scale changes of the currents of the subpolar gyre. While IR play a vital role in stratifying large parts of the LS and thus suppressing deep convection, CE are the major driver of rapid restratification during and after deep convection.

Diese Arbeit untersucht die kinetische Energie von mesoskaligen, ozeanischen Strömungen (EKE), ihre Entstehung, und zeitliche Variabilität. Ein Ozeanzirkulationsmodell basierend auf dem NEMO-Code bildet den Grundstein für die Studie. Für eine erste Fallstudie werden verschiedene Simulationen einer 1/4°-Konfiguration genutzt, um die zeitliche Variabilität der EKE im südpazifischen subtropischen Gegenstrom (STCC) zu untersuchen. Dekadische Schwankungen der Rotation der Windschubspannung, hervorgerufen durch die Interdekadischen Pazifischen Oszillation (IPO), führen zu Auftrieb und Absinken im STCC und beeinflussen den meridionalen Dichtegradienten sowie die Stärke des STCC, barokline Instabilität, und die resultierende EKE. Zusätzlich können 30 bis 40% der lokalen Dichteanomalien durch lange, barokline Rossbywellen erklärt werden, die in der Region eintreffen und das dekadische Signal des Einflusses der IPO auf interannualen Zeitskalen modulieren. In einer zweiten Fallstudie wird die horizontale Auflösung des Modells im Nordatlantik auf 1/20° erhöht um die verschiedenen Arten von mesoskaligen Strömungswirbeln in der Labradorsee zu untersuchen. Auf dekadischen Zeitskalen wird die zeitliche Variabilität der EKE in der LS von der großskaligen Zirkulation der Atmosphäre angetrieben. Im Falle der Konvektiven Wirbel (CE) führt lokaler Wärmeverlust im Winter zu Tiefenkonvektion, eine baroklin instabile Strömung entlang des Randes der Konvektionsregion entsteht und produziert EKE in mittleren Tiefen. Die Veränderungen der EKE, die den oberflächenintensivierten Irminger Ringen (IR) und Randstromwirbeln zuzuordnen ist, werden durch großskalige Schwankungen der Strömungen im subpolaren Wirbel verursacht. Während die IR eine essentielle Rolle in der Stärkung der Schichtung von großen Teilen der LS spielen und somit die Tiefenkonvektion erschweren, sind die CE der hauptsächliche Grund für die schnelle Wiederherstellung der Schichtung während und nach der Tiefenkonvektion.

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Rieck, Jan: The Nature and Variability of Eddy Kinetic Energy in an Ocean General Circulation ModelWith a Focus on the South Pacific Subtropical Gyre and the Labrador Sea. 2019.

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