Mixing in downslope flows in the ocean ‐ plumes versus gravity currents

Abstract

The nature of downslope flows into stratified environments as revealed by laboratory experiments is described, and the results are then applied to interpret particular downslope flows into the ocean. In the laboratory, non‐rotating downslope flows can be divided into two main types: detraining gravity currents over sufficiently gentle slopes, where the buoyancy force of the dense downflow is mainly balanced by bottom drag, and entraining plumes over sufficiently steep slopes, where the buoyancy force is balanced by vigorous entrainment of environmental fluid from above. This mixing character of the flow is determined by the bottom slope, the drag coefficient and the buoyancy number B = QN³/G², where Q and G are the volume flux and buoyancy of the down‐flow and N is the buoyancy frequency of the environment. These experiments may be applied to situations in the ocean where the flow is in approximate geostrophic balance with its transverse pressure gradient, and the parameters are applied to the flow path on the slope. Examples are provided for a number of downslope flows in various locations, including the Red Sea outflow, the Mediterranean outflow into the Black Sea and the Atlantic, the Denmark Strait overflow and the outflow from the Ross Sea.

Résumé

[Traduit par la rédaction] Nous décrivons la nature des écoulements descendants dans les environnements stratifiés en nous basant sur des expériences en laboratoire et nous nous servons ensuite des résultats pour interpréter certains écoulements descendants dans l'océan. Au laboratoire, on peut regrouper les écoulements descendants non rotatifs en deux grandes catégories: les courants de gravité détraînants le long de pentes suffisamment faibles, où la force hydrostatique du courant descendant est principalement équilibrée par la force de traînée contre le fond, et les panaches entraînants le long de pentes suffisamment fortes, où la force hydrostatique est équilibrée par un vigoureux entraînement du fluide environnemental au‐dessus. L'importance de ce mélange de l'écoulement est déterminée par la pente du fond, le coefficient de traînée et le nombre de flottabilité B = QN³/G², où Q et G sont le flux volumique et la flottabilité de l'écoulement descendant et N est la fréquence de flottabilité de l'environnement. Ces expériences peuvent s'appliquer dans un contexte océanique où l'écoulement est approximativement en équilibre géostrophique avec son gradient de pression transversal et les paramètres sont appliqués au trajet de l'écoulement le long de la pente. Nous donnons des exemples pour un certain nombre d'écoulements descendants en divers endroits, y compris la sortie de la mer Rouge, la sortie de la Méditerranée dans la mer Noire et dans l'Atlantique, les eaux de débordement du détroit du Danemark et la sortie de la mer de Ross.

Notes

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