Transport variability-driving mechanisms in Flemish Pass at the western boundary of the Subpolar North Atlantic

Abstract

The aim of this study is to analyse the Upper Labrador Sea Water (ULSW) volume transport variability at Flemish Pass and in the Deep Western Boundary Current (DWBC) at 47°N and at 53°N along the topographic slope of the Continental Shelf at the Grand Banks of Newfoundland. In the focus of this study are the physical mechanisms governing the transport variability of ULSW at various timescales using monthly (from 1960-2009) and daily (from 2003-2009) model data from an 8-km resolution numerical ocean model (MITgcm). In order to quantify the southward USLW volume transport, the modeled monthly outputs were used. The average model transport of ULSW decreases southwards from 6.7 Sv at 53°N to 4.5 Sv at 45°N due to interior pathways in the Labrador Sea and in the Newfoundland Basin. The largest fraction of the total ULSW volume transport goes around Flemish Cap within the Deep Western Boundary Current (70%) but a significant part goes through Flemish Pass (20%). At seasonal and interannual timescales, the temporal evolution of the ULSW volume transport variability at Flemish Pass presents a distinct behavior when compared to the variability in the DWBC at 47°N and to the upstream fluctuations at 53°N. Other physical parameters are taken into consideration for the examination of the behavior of the transport variability at Flemish Pass. These parameters include the North Atlantic Oscillation (NAO) index, the local Ekman transport, the rate of ULSW formation in the Labrador Sea, the position of the North Atlantic Current (NAC) relative to the slope and the averaged transport in the subpolar gyre. The relationship between these physical processes and the ULSW transports at each section is tested using a running correlation method. Weakened or strengthened transport of ULSW through Flemish Pass coincides with the effect either of the local atmospheric forcing or of changes of the NAC’s position. The transport variability in the DWBC at 47°N is caused by upstream flow fluctuations and changes in the rate of ULSW formation. At high frequencies for periods of T <26 days, the behavior of the ULSW volume transport along the topographic slope between 53°N and 47°N is examined by using the daily model outputs. The presence of the dominant peaks of energy at 24 and 11 days in the Flemish Pass transport of ULSW is likely due to a propagating signal of coastal trapped waves along the topographic slope. The perturbation of the ULSW volume transport signal appears strong close to the topographic slope and decays offshore.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Variabilität des Volumentransports von Oberem Labradorseewasser (ULSW) in der Flämischen Passage und im tiefen westlichen Randstrom (DWBC) bei 47°N und 53°N am Kontinentalabhang entlang der Grand Banks von Neufundland zu untersuchen. Im Fokus dieser Arbeit sind die physikalischen Mechanismen, die verantwortlich sind für die Transportvariabilität von ULSW auf verschiedenen Zeitskalen. Diese werden mit monatlichen (1960-2009) und täglichen (2003-2009) Modelldaten aus einem 8 km Ozeanmodell (MITgcm) untersucht. Um den südwärtigen ULSW Volumentransport zu quantifizieren, wurden die modellierten monatlichen Modellfelder verwendet. Der durchschnittliche Modelltransport von ULSW verringert sich von 6,7 Sv bei 53°N auf 4,5 Sv bei 45°N durch interne Ausbreitungspfade in der Labradorsee und im Neufundland Becken. Der größte Anteil des gesamten ULSW Volumentransports geht um die Flämische Kappe im tiefen westlichen Randstrom (70%), aber ein erheblicher Teil strömt auch durch die Flämische Passage (20%). Auf saisonalen und zwischenjährlichen Zeitskalen zeigt der ULSW Volumentransport in der Flämischen Passage eine andere Variabilität im Vergleich zur Variabilität im DWBC bei 47°N und zu den stromaufwärts beobachten Schwankungen bei 53°N. Andere physikalische Parameter werden in Betracht gezogen, um das Verhalten der Transportvariabilität in der Flämischen Passage zu erklären. Diese Parameter umfassen die Nordatlantische Oszillation (NAO Index), den lokalen Ekman Transport, die Rate der ULSW Bildung in der Labradorsee, die Position des Nordatlantikstroms (NAC) in Bezug auf den Kontinentalabhang und den gemittelten Transport im Subpolarwirbel. Die Beziehung zwischen diesen physikalischen Prozessen und den ULSW Transporten in jedem untersuchten Schnitt wird unter Verwendung eines Korrelationsverfahrens (running correlation coefficient method) getestet. Schwacher oder starker Transport von ULSW durch die Flämische Passage decken sich mit der Wirkung entweder des lokalen atmosphärischen Antriebs oder Veränderungen der Lage des NAC. Die Transportvariabilität im DWBC bei 47°N wird durch stromaufwärts erzeugte Schwankungen und Änderungen in der Rate der ULSW Bildung verursacht. Hohen Frequenzen für Perioden von T<26 Tagen, die den ULSW Volumentransport entlang des Kontinentalabhangs zwischen 53°N und 47°N beeinflussen, werden anhand von täglichen Modelldaten untersucht. Die Hauptspitzen von Energie bei 24 und 11 Tagen in der Flämischen Passage im Transport von ULSW entstehen wahrscheinlich durch ein sich ausbreitendes Signal von Küstenwellen (coastal trapped waves) entlang des Kontinentalabhangs. Die Störung des ULSW Volumetransports ist ausgeprägt nahe des Kontinentalabhangs und verschwindet mit grösserem Abstand zum Hang.