Evidence for decadal variability in an ocean general circulation model: An advective mechanism¹

JISAO Contribution No. 112.

Abstract

A series of numerical experiments involving long‐time integrations are conducted using the Bryan‐Cox Ocean General Circulation Model under mixed surface boundary conditions (i.e. a Newtonian restoring surface boundary condition on temperature and a specified flux boundary condition on salinity). Under steady forcing the system oscillates with significant energy at decadal period. This oscillation is shown to be an advective phenomenon, associated with the propagation of salinity and temperature anomalies from the region between the subtropical and subpolar gyres, where they are generated, to the eastern boundary, where deep water is formed. Furthermore, the oscillation is characterized by the fluctuation of the thermohaline circulation between a state in which deep water is formed and a collapsed state in which no deep water is formed. Over the period of the oscillation the poleward heat transport changes by as much as a factor of 3 at certain latitudes. The anomalies are initially formed by the upwelling of warm, saline waters that are being transported polewards by a western boundary current that has separated from the coast. The observed decadal variability is robust in that it is present in all numerical experiments (12 and 33 vertical‐level models; one and two hemisphere models; synchronous and asynchronous integrations). Crucial to the existence of the variability is the use of a low vertical eddy viscosity coefficient.

Résumé

Une série de simulations numériques sur des intégrations à long terme a été effectuée en utilisant le modèle de la circulation océanique générale de Bryan‐Cox sous des conditions aux limites mixtes (du type newtonien pour la température et du type flux pour la salinité). On observe que sous un forçage permanent le système oscille principalement avec une période de quelques décades. On montre que cette oscillation est due à la propagation d'anomalies (salinité et température) à partir des régions comprises entre les boucles de courants sous‐polaires et sous‐tropicales vers l'est où l'eau profonde est formée. De plus, cette oscillation est caractérisée par une fluctuation de la circulation thermohaline entre un état où il y a formation d'eau profonde et un état effondré où il n'y a pas de formation d'eau profonde. On observe aussi que sur une période de quelques décennies le transport de chaleur vers les régions polaires change, pouvant même être triplé à certaines latitudes. Ces anomalies sont initialement formées par des remontées d'eau salée et chaude qui est ensuite transportée vers le pôle par un courant à la limite ouest séparé de la côte. Cette variabilité est persistante car présente dans toutes les simulations (modèles à 12 et 33 niveaux verticaux, modèles à une ou deux hémisphères, et à intégrations synchrone et asynchrone). L'utilisation d'un coefficient faible de viscosité turbulente est cruciale à l'existence de cette variabilité.

Notes

JISAO Contribution No. 112.

Also Centre for Climate and Global Change Research, McGill University.