Het modelleren van de 3D-structuur van de draaikolken van de Rode Zee laat zien hoe het transport van energie en biochemische materialen de circulatiepatronen in de Rode Zee beïnvloedt.

Een studie van door wervelingen geïnduceerd transport van energie en biochemische deeltjes en de invloeden ervan op circulatiepatronen in de Rode Zee onthult een mechanisme dat fluctuaties in zowel zout als warmte in het bassin in evenwicht houdt.

Mesoscale wervelingen, vaak beschreven als het weer van de oceaan, zijn 3D-structuren die typisch honderden kilometers breed en honderden meters diep zijn. Ze worden gekenmerkt door temperatuur, zoutgehalte en stromingseigenschappen die verschillen van het omringende water, waardoor ze energie en materialen over de oceaan kunnen transporteren.

Hoewel de circulatie van de Rode Zee wordt gekenmerkt door een groot aantal mesoscale wervelingen, er is weinig bekend over hun 3D-structuren.

Onder leiding van Ibrahim Hotei, Peng Zhan en collega's van KAUST onderzoeken wervelingen die in de Rode Zee circuleren.

"Oceaanwervelingen stromen meestal sneller dan de gemiddelde oceaancirculatie en dragen daarom aanzienlijk bij aan het transport van energie en materialen, "zegt Zhan. "Het bestuderen van driedimensionaal door wervelingen veroorzaakt transport zal ons begrip van de circulatie van de Rode Zee verdiepen en de belangrijke rol identificeren die wervelingen spelen in zowel horizontaal als verticaal transport en lucht-zee-interacties."

Het team gebruikte het algemene circulatiemodel van het Massachusetts Institute of Technology (MITgcm), specifiek geconfigureerd om de hele Rode Zee te bestrijken. Dit betekende dat ze de dynamiek van de Rode Zee konden simuleren over een periode van 14 jaar van 2001-2014 met voldoende ruimtelijke en temporele resolutie om mesoschaal wervelingen op te lossen, waardoor ze hun 3D-kenmerken kunnen onderzoeken.

Ze ontdekten dat transport door wervelingen actiever is in de centrale en noordelijke Rode Zee. Ze ontdekten ook dat variabiliteit in wervelingen goed was voor ongeveer 8 procent van de totale variantie in de oppervlaktewarmtestroom en voor ongeveer 39 procent in de zoutstroom.

"Dit zijn de regio's waar warmte, zout en biogeochemische deeltjes hebben meer kans om te worden verspreid en bevorderen de regionale uitwisseling van energie en materialen, " legt Zhan uit.

Dit werk benadrukt de belangrijke rol die door wervelingen veroorzaakt transport en lucht-zee uitwisseling spelen in de circulatie van de Rode Zee. Het heeft ook geleid tot de ontdekking van een negatief feedbackmechanisme tussen wervelingen en steilheid van de diepte van de gemengde lagen die warmte en door wervelingen geïnduceerd transport in de Rode Zee in evenwicht houdt.

"We ontwikkelen nu een gegevensassimilatiesysteem voor de Rode Zee door ons te concentreren op het verbeteren van onze mogelijkheden om door wervelingen veroorzaakt transport te modelleren, " zegt Zhan, "evenals het ontwikkelen van een oceaan-atmosfeer gekoppeld model om de atmosferische reactie op de mesoscale wervelingen in de Rode Zee verder te onderzoeken."