V. Fofonova, S. Danilov, A. Androsov, K.H. Wiltshire Domain under - PowerPoint PPT Presentation

¡ ¡ ¡ Impact ¡of ¡Wind ¡and ¡Tides ¡on ¡the ¡Lena ¡River ¡Freshwater ¡Plume ¡Dynamics ¡ ¡in ¡the ¡Summer ¡Season ¡ V. Fofonova, S. Danilov, A. Androsov, K.H. Wiltshire

Domain under consideration Bathymetry ¡− ¡GEBCO, ¡resolu4on ¡~ ¡2.5 ¡km, ¡and ¡Soviet ¡digi4zed ¡map, ¡resolu4on ¡ ~0.8 ¡km; ¡ ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 2 ¡

Tool. FVCOM setup • 11 ¡ver4cal ¡sigma ¡layers, ¡256479 ¡nodes/per ¡layer ¡ • Horizontal ¡resolu4on: ¡from ¡0.4 ¡to ¡5 ¡km ¡ • External/internal ¡4me ¡steps ¡are ¡3.6/36 ¡s ¡ • Open ¡boundary: ¡temperature/salinity ¡4me ¡series ¡nudging, ¡sponge ¡region ¡for ¡ advec4on/diffusion ¡ • Paralleliza4on ¡ ¡using ¡MPI ¡library ¡ • Ver4cal ¡and ¡horizontal ¡mixing ¡simula4on ¡-­‑ ¡Mellor ¡and ¡Yamada ¡level ¡2.5 ¡and ¡ Smagorinsky ¡turbulent ¡closure ¡schemes ¡respec4vely ¡ • Advec4on ¡scheme ¡-­‑ ¡second ¡order ¡upwind ¡scheme ¡ • IBM ¡Cluster ¡56 ¡cores ¡(14 ¡blades, ¡4 ¡Processor ¡cores ¡per ¡blade) ¡ • SGI ¡UV100 ¡ ¡320 ¡cores ¡(40 ¡Intel ¡Xeon ¡E7-­‑8837, ¡8 ¡cores), ¡2,5 ¡TB ¡RAM ¡(8GB/core) ¡ ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 3 ¡

Model ¡valida4on ¡& ¡results ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 4 ¡

Comparison ¡with ¡4de ¡gauges ¡data ¡ Lena ¡Delta ¡ Lena ¡Delta ¡ M2 ¡wave ¡ ¡ S2 ¡wave ¡ Results ¡of ¡simula4on ¡with ¡op4mally ¡designed ¡open ¡boundary ¡condi4ons ¡for ¡4dal ¡eleva4on. 7.0 6.0 5.0 Error ¡ ¡ 4.0 3.0 M2 ¡ ¡ ¡ 2.0 S2 ¡ 1.0 0.0 AO-FVCOM Siberian shelf AOTIM 5 TPXO7.1 TPXO6.2 Model with model designed OBC RMS ¡error, ¡[cm], ¡ obtained ¡from ¡different ¡models ¡compare ¡to ¡coastal ¡4de ¡gauges ¡( 10 ¡ sta@ons ). ¡ AOTIM5, ¡TPXO7.1, ¡TPXO6.2 ¡– ¡models ¡with ¡data ¡assimila@on. ¡ ¡ CITES ¡2015 ¡ 03/07/15 ¡ 5 ¡

Why do we need to correct elevation at the open ¡ boundaries? ¡ ¡ ¡ ¡The ¡main ¡difficul@es: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1. ¡To ¡specify ¡boundary ¡condi4ons ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2. ¡To ¡resolve ¡bathymetry ¡ features ¡ Available ¡4dal ¡solu4ons ¡ The ¡amplitude, ¡[m]. ¡of ¡the ¡ ¡M2 ¡cons4tuent ¡in ¡the ¡Lena ¡Delta ¡region ¡of ¡the ¡Laptev ¡Sea. ¡ ¡ The ¡maps ¡are ¡obtained ¡using ¡TMD ¡toolbox ¡provided ¡by ¡Erofeeva ¡and ¡Padman. ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 6 ¡

Comparison ¡with ¡Mooring‘s ¡data ¡ Ellipses ¡ of ¡ barotropic ¡ veloci4es ¡for ¡the ¡ ¡M2 ¡ 4de, ¡red ¡ellipses ¡have ¡ CW ¡ rota4on, ¡ blue ¡ ellipses ¡ have ¡ CCW ¡ rota4on. ¡ ¡ Comparison of ellipse parameters with AWI moorings data (5 stations) for M2(S2) waves Solution AOTIM5 TPX07.1 TPXO6.2 Model with OOBC Ellipse parameters 6.3(4.1) 4.7(2.7) 2.9(3.9) 1.4(1.5) Error_major axes, [cm/s] 1.2(1.3) 2.3(0.9) 2.8(3.3) 3.2(2) Error_minor axes, [cm/s] 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 7 ¡

Comparison ¡with ¡Mooring‘s ¡data ¡ The ¡observed ¡and ¡simulated ¡ near-­‑bohom ¡temperature, ¡[°C], ¡ and ¡salinity, ¡in ¡prac4cal ¡scale, ¡ ¡ at ¡the ¡Anabar ¡and ¡Khatanga ¡ Mooring ¡posi4ons ¡ Anabar ¡mooring ¡is ¡situated ¡ closer ¡to ¡the ¡Lena ¡Delta ¡and ¡in ¡ a ¡shallower ¡part ¡of ¡the ¡domain ¡ than ¡the ¡Khatanga ¡sta4on! ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 8 ¡

Comparison ¡with ¡CTD ¡data ¡ 28th ¡of ¡June ¡ ¡ 1st ¡of ¡August ¡ 3d ¡of ¡September ¡ ¡ posi4ons ¡of ¡CTD ¡measurements ¡ The ¡ simulated ¡ surface ¡ salinity, ¡ in ¡ prac4cal ¡ scale, ¡ in ¡ main ¡ run ¡ on ¡ 28th ¡ of ¡ June ¡ (a), ¡ 1st ¡ of ¡ August ¡(b) ¡and ¡3d ¡of ¡September ¡(c), ¡2008. ¡The ¡black ¡dots ¡in ¡panel ¡c) ¡indicate ¡the ¡posi4ons ¡of ¡ CTD ¡measurements ¡available ¡to ¡us. ¡ ¡ ¡ Plume, ¡at ¡least ¡from ¡its ¡two ¡main ¡channels ¡Bykovskaya ¡and ¡Trofimivskaya, ¡is ¡highly ¡ buoyancy ¡driven. ¡It ¡forms ¡a ¡coastal ¡current, ¡which ¡propagates ¡down ¡the ¡shelf ¡to ¡the ¡east ¡ due ¡to ¡the ¡Earth ¡rota4on. ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 9 ¡

Comparison ¡with ¡CTD ¡data ¡ The ¡thickness ¡of ¡mixed ¡layer ¡according ¡to ¡the ¡observa4ons ¡(a) ¡and ¡simula4ons ¡(b), ¡[ ¡ ¡]. ¡ ¡ The ¡difference ¡between ¡simulated ¡and ¡observed ¡densi4es ¡at ¡the ¡surface ¡(c) ¡and ¡averaged ¡over ¡ mixed ¡layer ¡according ¡to ¡observa4ons ¡(d), ¡[ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡]. ¡The ¡black ¡ellipses ¡indicate ¡different ¡zones ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 10 ¡

Comparison ¡with ¡CTD ¡data ¡ The ¡simulated ¡(right ¡panels) ¡versus ¡observed ¡(len ¡panels) ¡temperature ¡(b), ¡[°C], ¡and ¡ salinity ¡(a), ¡in ¡prac4cal ¡scale, ¡for ¡September ¡2008 ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 11 ¡

Impact ¡of ¡4des ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 12 ¡

Energy balance for M2 wave energy ¡change ¡in ¡@me ¡ Energy ¡change, ¡[W] ¡ imbalance ¡ horizontal ¡turbulent ¡ viscosity ¡ boPom ¡fric@on ¡ flow ¡through ¡the ¡open ¡boundaries ¡ T/2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Time, ¡T=12.42h ¡ surface ¡level ¡ ver4cally ¡ total ¡energy ¡ eddy ¡viscosity ¡ bohom ¡drag ¡ full ¡depth ¡ integrated ¡ per ¡unit ¡area ¡ coefficient ¡ coefficient ¡ fluid ¡velocity ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 13 ¡

Higher ¡harmonics ¡ 20 19 18 17 16 15 14 Amplitude, ¡cm ¡ Z0 ¡ 13 12 M2 ¡ 11 10 M4 ¡ 9 8 M6 ¡ 7 6 M8 ¡ 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 № ¡of ¡the ¡sta@on ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 14 ¡

Residual ¡circula4on ¡of ¡M2, ¡S2, ¡K1, ¡O1 ¡waves ¡ Tidal ¡residual ¡circula4on, ¡[ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡], ¡superimposed ¡on ¡the ¡bathymetry ¡map, ¡[ ¡ ¡ ¡] ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 15 ¡

Areas ¡characterized ¡by ¡a ¡high ¡ver4cal ¡ shear ¡due ¡to ¡4dal ¡veloci4es ¡ Areas ¡characterized ¡by ¡a ¡high ¡ver4cal ¡shear, ¡[ ¡ ¡ ¡ ¡], ¡due ¡to ¡4dal ¡veloci4es ¡(colourbar ¡from ¡ yellow ¡to ¡red). ¡Tidally ¡induced ¡eddy ¡diffusivi4es ¡in ¡those ¡zones ¡reach ¡the ¡range ¡0.004 ¡to ¡ 0.015 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡, ¡in ¡layers ¡close ¡to ¡the ¡bohom, ¡with ¡the ¡averaged ¡on ¡4me ¡and ¡ver4cally ¡values ¡ between ¡0.0001 ¡and ¡0.0015 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡. ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 16 ¡

Impact ¡of ¡wind ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 17 ¡

Experiments ¡with ¡idealized ¡winds ¡ The ¡simulated ¡surface ¡(len ¡panels) ¡and ¡bohom ¡(right ¡panels) ¡poten4al ¡density ¡anomaly, ¡ in ¡case ¡of ¡downwelling ¡(top ¡panels) ¡and ¡upwelling ¡(bohom ¡panels) ¡winds ¡aner ¡one ¡ month ¡of ¡simula4ons. ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 18 ¡

The ¡characteris4cs ¡of ¡the ¡flows ¡from ¡the ¡ different ¡Lena ¡River ¡freshwater ¡channels ¡ ¡ 03/07/15 ¡ CITES ¡2015 ¡ 19 ¡