Modelado numérico del ecosistema de los golfos norpatagónicos

Abstract

Este trabajo analiza la circulación oceánica en los Golfos Norpatagónicos, una región del Mar Argentino que es ampliamente reconocida por la alta tasa de productividad y biodiversidad del ecosistema. El estudio está orientado fundamentalmente a una exploración sistemática de los procesos físicos que controlan la circulación mediante el empleo de un modelo numérico tridimensional de alta resolución. El análisis físico del problema progresa mediante una sucesión de experimentos numéricos de complejidad creciente, comienza con el estudio de un modelo de densidad constante (barotrópico) forzado por mareas y vientos y finaliza con el caso más complejo que incluye estratificación en la columna de agua generada por flujos de calor y humedad en la superficie. El resultado más importante que surge de este trabajo es que el forzante de mareas contribuye significativamente a la circulación residual en escalas submareales, tanto en el modelo homogéneo como en el estratificado. Los resultados del modelo homogéneo muestran que la interacción no-lineal entre la onda de marea y la topografía de fondo conduce a la formación de diversos patrones robustos de circulación residual: giros de cuenca, vórtices batimétricos y cuadupolos costeros, formados por vórtices de recirculación en las bocas del GSJ y GN. Con la excepción de los meses de invierno, cuando los vientos son más intensos, la respuesta del océano barotrópico está completamente dominada por la circulación ciclónica residual inducida por la marea. Se requiere un viento de gran intensidad y dirección adecuada (p.e. desde el Norte) para romper este patrón. Los resultados del modelo estratificado también muestran la profunda influencia de la marea en modelar el ciclo anual de circulación dentro del Golfo San Matías. La circulación general está dominada por un intenso giro ciclónico (compuesto de dos giros de recirculación) durante el verano y giros menores anticiclónicos en la costa sudoeste y al Norte de Península Valdés. El incremento de la circulación ciclónica entre Octubre y Febrero es producido por la interacción de la marea con la estratificación (generada por los flujos de calor) en la presencia de topografía variable. Como resultado de esta circulación cerrada, en verano el Golfo se halla prácticamente aislado de la plataforma externa. De Marzo a Setiembre con la erosión de la estratificación, el subgiro norte decae y gradualmente reduce su tamaño hasta ser absorbido por el subgiro sur. Simultáneamente el sector Oeste del Golfo es ocupado por un giro anticilónico. La inclusión del forzante de viento no modifica sustancialmente la estructura e intensidad del los giros de verano pero intensifica tanto los giros anticiclónicos como ciclónicos durante el otoñoinvierno. El Golfo Nuevo responde de manera similar, pero en este caso hay un sólo giro ciclónico durante todo el año que se intensifica en verano y se reduce en extensión espacial en invierno con la aparición de un débil giro anticiclónico en la costa oeste. Las corrientes residuales en el Golfo San José están dominadas por un intenso dipolo durante todo el año. Aunque fue inicializado con densidad constante en la horizontal, el modelo es además capaz de capturar la estructura e intensidad observada de los principales frentes térmicos en la plataforma externa y dentro del Golfo San Matías.

This dissertation analyses the oceanic circulation of the Norpatagonian Gulfs, a region of the Argentinean Sea that has long been recognized for the high productivity and biodiversity of the ecosystem. The study aims towards a systematic exploration of the physical processes that control the circulation using a high resolution three dimensional numerical model. To facilitate the dynamical understanding of the results our experimental strategy was to start with a constant density (barotropic) model forced by tides and winds, and to progress to a more complex case including density stratification generated by surface fluxes of heat and humidity. The main result that stems from the numerical experiments is that tidal forcing significantly contributes to the overall subtidal residual circulation both in the homogenous and stratified models. The barotropic model shows that the nonlinear interaction between the oscilating tide and bottom topography leads to the formation of several robust residual circulation patterns: basin gyres, bathymetric vortices and coastline cuadrupoles, whichs are formed by recirculating eddies at mouths of SJG and GN. With the exception of the winter months, when the winds are stronger, the barotropic ocean response is completely dominated by the cyclonic tidal residual. It is necessary to have a strong wind in the northerly or westerly direction to break that pattern. The results of the stratified model also shows the profound influence of the tides in shaping the annual cycle of the circulation inside San Matias Gulf. The overall circulation pattern is dominated by a strong cyclonic gyre (composed by two recirculating sub-gyres) during summer with smaller anticyclonic gyres on the southwest coast and north of Valdes Peninsula. The spinup of the cyclonic circulation between October and February is caused by the interaction of the tides and stratification (generated by surface heat fluxes) in the presence of variable topography. As a result of this closed circulation the Gulf is almost isolated from the shelf during summer. From March to September the stratification is eroded and the northern subgyre spins down and gradually shrinks in size being absorbed by the southern subgyre. Simultaneously, the western sector of the Gulf is occupied by an anticyclonic gyre. The inclusion of wind forcing does not substantially modified the structure and intensity of the summer gyres but strengthens both the cyclonic and anticyclonic circulation during fall-winter. There is a similar oceanic response in Nuevo Gulf, but in this case there is only one year-round cyclonic gyre that intensifies in summer and is reduced in spatial extension in winter with the appearence of a weak anticyclonic gyre in the western coast. The residual currents are dominated by a strong year-round dipole in San Jose Gulf. Being initialized with horizontally constant density, the model is also able to capture the oberved structure and intensity of main thermal fronts in the outer shelf and inside San Matias Gulf.