Lecture by Bieito Fernandez Castro at Géosciences Rennes
Using observations to unveil the role of mixing in the ocean’s thermohaline circulation
Oceanic turbulence at the mesoscale (~100 km) and microscale (<10 m) play a crucial role in the ocean-climate system by mixing heat and freshwater within the ocean. In doing so, turbulence controls the volumetric distribution of temperature and salinity and, together with air-sea and ice-sea fluxes, powers the global thermohaline circulation. Quantifying such critical role from observations remains a major challenge, due to technical difficulties and sparseness of direct observations of turbulent mixing. In this talk we present our recent work addressing this issue. 1) First, we describe direct microstructure mixing observations in the subpolar North Atlantic – a critical region for the thermohaline circulation – revealing vigorous rates of horizontal mixing of salt by mesoscale turbulence. We posit that such mixing, sustained by the encounter of salty subtropical waters and fresh polar waters, is crucial in regulating deep convection and dense water formation, which power the Atlantic Meridional Overturning Circulation. 2) Then, we extend the analysis to the global scale. To do so, we introduce a new mathematical framework linking mixing rates and water mass transformations and apply such framework to global turbulent diffusivity databases (derived using theory) to infer the contribution of mixing to the global overturning circulation. Our analysis highlights the global relevance of mesoscale mixing in the Southern Ocean. 3) We present our current and future plans to create regional and global observational networks of autonomous profiling floats equipped with turbulence sensors.
Conférence de Géosciences Rennes, par Bieito Fernandez Castro
Utiliser les observations pour mettre en lumière le rôle du brassage dans la circulation thermohaline océanique
La turbulence océanique à la méso-échelle (~100 km) et à la micro-échelle (<10 m) joue un rôle crucial dans le système océan-climat en assurant le mélange de la chaleur et de l'eau douce au sein de l'océan. Ce faisant, la turbulence régit la distribution volumétrique de la température et de la salinité et, conjointement avec les flux air-mer et glace-mer, alimente la circulation thermohaline mondiale. Quantifier ce rôle crucial à partir d'observations reste un défi majeur, en raison des difficultés techniques et de la rareté des observations directes du mélange turbulent. Dans cette présentation, nous exposons nos travaux récents sur cette question. 1) Tout d'abord, nous décrivons des observations directes du mélange à l'échelle microstructurelle dans l'Atlantique Nord subpolaire – une région critique pour la circulation thermohaline – révélant des taux élevés de mélange horizontal du sel induits par la turbulence à l'échelle mésoscopique. Nous émettons l’hypothèse que ce mélange, entretenu par la rencontre des eaux subtropicales salées et des eaux polaires douces, est crucial pour réguler la convection profonde et la formation d’eau dense, qui alimentent la circulation méridionale de retournement de l’Atlantique. 2) Ensuite, nous étendons l’analyse à l’échelle mondiale. Pour ce faire, nous introduisons un nouveau cadre mathématique reliant les taux de mélange et les transformations des masses d'eau, et nous appliquons ce cadre à des bases de données mondiales sur la diffusivité turbulente (déduites à partir de la théorie) afin de déduire la contribution du mélange à la circulation de retournement mondiale. Notre analyse met en évidence l'importance mondiale du mélange à méso-échelle dans l'océan Austral. 3) Nous présentons nos projets actuels et futurs visant à créer des réseaux d'observation régionaux et mondiaux de bouées de profilage autonomes équipées de capteurs de turbulence.
