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Open-ocean convection in the Greenland Sea: preconditioning through a mesoscale chimney and detectability in SAR imagery studied with a hierarchy of nested numerical models

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Abstract:

Aspects of the hydrodynamics of the Greenland Sea were investigated through a hierarchy of nested numerical models. The simulations were particularly conceived to study, under realistic conditions, the hydrodynamics induced by the presence of a convectively generated oceanic mesoscale chimney as well as its "long-term" influence on the local convective activity. To this purpose, a very high resolution, fully non-hydrostatic 3D model capable of simulating submesoscale convective vertical plumes was nested into an ocean-ice, regional hydrostatic 3D model which was initialised and forced through the global, coupled atmosphere ocean 3D REMO/MPI-OM model. In the central part of the Greenland Sea, the hydrological structure of an observed, convectively generated oceanic mesoscale chimney and a corresponding reconstructed velocity field were imposed as a part of the forcing for the non-hydrostatic numerical model. Two different, "short-term" realistic scenarios were simulated corresponding, respectively, to episodes characterized by a strong mean oceanic heat loss and by a weak mean oceanic heat gain in the central Greenland Sea. In order to evaluate the role played by mesoscale convective chimneys in promoting preconditioning to open-ocean deep-penetrating convection, two "long-term" simulations of the hydrodynamics of the Greenland Sea were performed using the same model hierarchy and the forcing as described above. The two runs differed merely in that only in one of them the hydrological and velocity structure of a convective chimney were inserted in the central Greenland Sea as a part of the forcing. The dependence of simulated surface convergence patterns on grid step in the central Greenland Sea was also investigated in order to assess the capability of numerical models of predicting the detectability of convective events in synthetic aperture radar imagery.

German
Aspekte der Hydrodynamik der Grönland-See wurden mit einer Hierarchie verschachtelter numerischer Modelle untersucht. Die Simulationen waren vor allem dazu gedacht, die Hydrodynamik, die sich aus der Anwesenheit eines konvektiv erzeugten ozeanischen mesoskaligen "Chimney" ergibt, sowie dessen langfristigen Ein fluss auf die lokale konvektive Aktivität unter realistischen Bedingungen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein hochau flösendes, voll nicht-hydrostatisches dreidimensionales Modell, das sub-mesoskalige konvektive vertikale "Plumes" simulieren kann, in ein regionales hydrostatisches dreidimensionales Ozean-Eis-Modell eingebaut, welches durch das globale, gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Modell REMO/MPI-OM initialisiert und angetrieben wurde. Im zentralen Teil der Grönland-See wurde die hydrologische Struktur eines beobachteten konvektiv erzeugten ozeanischen mesoskaligen "Chimney" und ein entsprechendes rekonstruiertes Geschwindigkeitsfeld als Teil des Antriebs für das nichthydrostatische numerische Modell eingeblendet. Zwei verschiedene realistische Kurzzeit-Szenarien wurden simuliert, entsprechend Episoden, die durch einen starken mittleren ozeanischen Wärmeverlust bzw. durch einen schwachen mittleren ozeanischen Wärmegewinn in der zentralen Grönland-See geprägt sind. Um die Rolle der mesoskaligen konvektiven "Chimneys" bei der Förderung tiefreichender Konvektion im offenen Ozean beurteilen zu können, wurden zwei Langzeit-Simulationen der Hydrodynamik der Grönland-See mit der selben Modell-Hierarchie und dem selben Antrieb wie oben beschrieben durchgeführt. Die beiden Läufe unterschieden sich im wesentlichen dadurch, dass nur im einen Fall die hydrologische Struktur und das Geschwindigkeitsfeld eines konvektiven "Chimney" als Teil des Antriebs in die zentrale Grönland-See eingeblendet wurden. Auch die Abhängigkeit der simulierten Ober flächenkonvergenzmuster von der Gitterau flösung in der zentralen Grönland-See wurde analysiert, um die Fähigkeit von numerischen Modellen zu beurteilen, die Erkennbarkeit von Konvektionsereignissen in Synthetic-Aperture-Radar-Bildern vorherzusagen.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2005/0078

Publication date: December 1, 2005

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