Skew eddy fluxes as signatures of non‐linear tidal current interactions, with application to Georges Bank

Abstract

The eddy flux of a conservative scalar in a time‐dependent rotary velocity field may have a component that is normal to the scalar gradient. This component is the “skew flux”, which consists of the scalar transport by the Stokes velocity and a part that is always non‐divergent (and hence does not affect scalar evolution). Since tidal velocity fields usually have rotary features, tidal‐band eddy scalar fluxes may include a skew component that can be useful in indicating the occurrence of non‐linear current interactions.

The skew temperature flux associated with the semidiurnal tide in a continental shelf region is demonstrated using simple models, and moored current and temperature observations from Georges Bank. The observed fluxes on the Bank are largely directed along isobaths, with apparent contributions from the topographic rectification of the barotropic tidal current over the Bank's side and from the rotary tidal ellipses in a frontal region. Simple models indicate that the weaker cross‐isobath fluxes can arise through the influence of frictionally induced vertical structure on topographic tidal rectification, a baroclinic tidal current interaction, or the interaction of baroclinic and barotropic tidal currents. In some cases, the simple models show qualitative agreement with the observed fluxes and currents but, in general, more realistic models and better estimates of the background mean temperature field are required to obtain quantitative estimates of the relative importance of these interactions and other processes. Nevertheless, the observations and models suggest that non‐linear interactions involving both barotropic and baroclinic tidal currents are occurring on Georges Bank.

Résumé

Le flux turbulent d'un scalaire conservatif dans un champ de vitesse tournant qui varie dans le temps peut avoir une composante normale au gradient du scalaire. Cette composante est le “flux oblique “, lequel comprend le déplacement du scalaire par la vitesse de Stokes et une partie toujours divergente (qui n ‘influe donc pas sur l'évolution du scalaire). Comme les champs de vitesse des marées comportent habituellement des éléments rotatifs, les flux scalaires turbulents de bandes de marée peuvent comporter une composante oblique qui peut être utile pour indiquer la présence d'interactions non linéaires entre des courants.

L'existence d'un flux de température oblique associé à la marée semi‐diurne sur une plate‐forme continentale est démontrée au moyen de modèles simples et d'observations des courants et de la température à l'aide de bouées amarrées sur le banc Georges. Les flux observés sur le banc sont en grande partie parallèles aux isobathes, avec des contributions apparentes provenant de la rectification topographique du courant de marée barotrope au‐dessus du côté du banc et des ellipses de marée tournantes dans une région frontale. Les modèles simples indiquent que les flux les plus faibles peuvent s'établir en travers des isobathes sous l'effet soit de la structure verticale induite par le frottement sur la rectification topographique de la marée, soit d'une interaction des courants de marée baroclines, soit de l'interaction des courants de marée baroclines et barotropes. Dans certains cas, les modèles simples sont qualitativement en accord avec les flux et les courants observés, mais en général, il faut recourir à des modèles plus réalistes et à de meilleures estimations du champ de température moyenne de fond pour obtenir des estimations quantitatives de l'importance relative de ces interactions et d'autres processus. Néanmoins, les observations et les modèles indiquent qu'il existe des interactions non linéaires entre les courants de marée barotropes et baroclines sur le banc Georges.