The Northern Current and its interaction with the Blanes submarine canyon (NW Mediterranean Sea)
Authors:   , Ahumada Sempoal Miguel Angel 
Published: August 2023

A high-resolution (~1.2km) 3D circulation model nested in one-way to a coarse-resolution (~4km) 3D regional model was used to examine the interaction between the Northern Current and the Blanes submarine canyon (~41°00’-41°46’N; ~02°24’-03°24’E); paying particular attention to upwelling/downwelling events and cross-shelf break water exchange. A Lagrangian particle-tracking algorithm coupled to the high-resolution 3D circulation model was also used to examine the role of the Northern Current (NC) and its seasonal variability on the dispersion of passive particles and residence time within Blanes Canyon (BC). Although it refers to a climatological simulation (i.e. no interannual variability), at this resolution, the Rossby radius of deformation for the Mediterranean Sea (5-12 km) is resolved. Therefore the numerical modeling system properly suites our purpose, since it adequately reproduces the NC mesoscale variability and its seasonality. Satisfactory validation of model results with remote sensing and in-situ observations supports the present findings.
The simulated NC tends to be fast and deep in winter, and slow and shallow in summer. NC meanders and eddies are recurrent in the BC area and produce highly fluctuating three-dimensional circulation patterns within the canyon. NC meanders and anticyclonic eddies propagating along the current pathway tend to be deep and, consequently, their effects extend down to the deeper part of BC. The meandering of the NC plays a key role in enhancing vertical motions within the canyon. NC meanders produce an oscillation of the vertical flow characterized by net upwelling when the meander is located over the upstream side of the canyon followed by net downwelling as the meander moves downstream. Associated with NC meanders passing over BC, upwelling and downwelling events occur on timescales of 4 to 20 days and they are more frequent in winter. These findings provide further evidence that continuous downwelling favourable (right-bounded) flows can produce net upwelling inside submarine canyons.
Concerning cross-shelf break water exchange, one significant finding from this study is that the amount of water moved across the shelf break at the upstream upper canyon wall is approximately two times larger than the amount of water moved downstream. This preferential zone for cross-shelf break exchange is related to the asymmetry of the shelf break geometry that is characterized by a sharp curvature upstream. Results also show that cross-shelf break water exchange is higher (~30%) in winter than in summer. On the other hand, particle-tracking experiments show that passive particles released from the mid-shelf to the upper-slope drift along the shelf edge with a net downward movement within the upper canyon. They also show that particle dispersion is higher in winterthan in summer and that particles travelling below the canyon rim (i.e. below 100 m depth) have longer residence times within the canyon.
Un modelo de circulación 3D con resolución de ~1.2km anidado en una vía a un modelo regional 3D con resolución de ~4km, fue empleado para estudiar la interacción entre la Corriente del Norte y el cañón submarino Blanes (~41°00’-41°46’N; ~02°24’-03°24’E). Se hace especial énfasis en los eventos de elevación y hundimiento de agua, así como en el intercambio de agua a través del borde de la plataforma continental. También se uso un algoritmo Lagrangiano alimentado con los campos de velocidad del modelo de alta resolución para estudiar el papel de la Corriente del Norte (NC, por sus siglas en inglés) y su estacionalidad en la dispersión de partículas pasivas y tiempos de residencia dentro del Cañón Blanes (BC, por sus siglas en inglés). Aunque se trata de una simulación climatológica (i.e. sin variabilidad interanual), el radio de deformación de Rossby para el Mar Mediterráneo (5-12km) es resuelto. Por lo tanto, el sistema de modelado es de una resolución apropiada para nuestros objetivos ya que reproduce adecuadamente la NC y su estacionalidad. Los resultados comparan satisfactoriamente con información de imágenes de satélite y observaciones in-situ.
Los resultados indican que la NC tiende a ser rápida y profunda en invierno, y lenta y somera en verano. El paso de meandros en la NC y remolinos es un rasgo frecuente en el cañón Blanes. En particular, meandros y remolinos anticiclónicos que se propagan siguiendo la trayectoria de la NC tienden a ser profundos y, consecuentemente, sus efectos se extienden hacia la parte profunda del cañón. Nuestros resultados también indican que los meandros en la NC juegan un papel importante en el aumento del movimiento vertical dentro del cañón. Estos meandros producen una oscilación del flujo vertical caracterizado por una elevación neta de agua conforme el meandro pasa sobre el lado Este del cañón seguido por un hundimiento neto conforme el meandro se mueve hacia el lado Oeste. Eventos de elevación y hundimiento de agua en escalas temporales de 4 a 20 días están asociados al paso de meandros, siendo estos eventos más frecuentes en invierno. Estos resultados aportan más evidencia de que flujos continuos con la costa a la derecha (i.e. favorables para el hundimiento de agua) pueden producir elevación neta de agua dentro de cañones submarinos.
Con relación al intercambio de agua a través del borde de la plataforma continental, un resultado importante del presente estudio es que la cantidad de agua que pasa a través del borde de la pared Este del cañón es aproximadamente el doble de la cantidad de agua que pasa a través del borde de la pared Oeste. Esta zona preferencial para el intercambio de agua está relacionada con la curvatura del borde de la plataforma continental, la cual es más pronunciada sobre la pared Este del cañón. Los resultados también indican que el intercambio de agua es mayor (~30%) en invierno que en verano. Por otro lado, partículas pasivas liberadas sobre la plataforma y la pendiente continental derivan a lo largo del borde de la plataforma con un movimiento neto hacia abajo dentro del cañón. Los resultados también muestran que la dispersión de partículas es mayor en invierno que en verano. Finalmente, los resultados indican que el tiempo de residencia tiende a incrementarse con la profundidad, así las partículas que se mueven por debajo de la profundidad del anillo del cañón (i.e. por debajo de 100 m de profundidad) presentan un tiempo de residencia mayor dentro del cañón