The Brazil-Malvinas Confluence : from local to global scales
Authors:   , Orúe-Echevarría Iglesias Dorleta 
Published: July 2023

The Southwest Atlantic Ocean is a key component of the global climate system. It holds the Confluence of the Brazil and Malvinas Currents (BMC), one of the highest frontal systems of the world ocean. The BMC is the encounter point of subtropical origin warm and salty waters, transported southward within the Brazil Current, and subantarctic water flowing equatorward along the Malvinas Current. The intense mixing and cross-frontal exchanges highly transform the water masses that will finally flow southward, eastward of be subducted into the subtropical thermocline. This PhD dissertation aims at extending our knowledge of the circulation and dynamics in the BMC, placing these results in perspective from the small to the global scales.
The intense property contrast found in this region resemble the intense temperature gradients between low and high latitudes. We first analyse the changes in the heat content of the atmosphere and upper ocean for the last 450 kyr and analyse the sensitivity of the system to changes in albedo, cloud cover and atmospheric and oceanic heat transports.
We then describe the hydrographic conditions at the BMC during and early fall cruise. These reveal the presence of brackish river water on top the frontal system. The salinity anomaly at the surface correlates with the presence of large ageostrophic velocities along the frontal jet. In addition, the rapid evolution of these waters impinges on the thermohaline variability in the proximity of the front. The comparison of surface overview during the cruise is well represented by the reanalysis although at depth, this misses the thermohaline intrusions developed both sides the front. On the other hand, climatological data misses the numerous mesoscale features.
We also examine the circulation pattern in the upper 2000 m depth. We find a relatively weak MC near 41°S, 56°W followed by its cyclonic retroflection, an intense subtropical anticyclone replacing the BC-overshoot (BCO), a subantarctic inflow near 53°W maintained both by an upstream earlier diversion of the MC and the cyclonic recirculation of the flow leaving the east along the confluence front, and on the northern extreme of the Confluence the southward flow of BC. The results in this chapter also suggest the existence of dianeutral mixing and cross-frontal exchanges.
We assess the high-frequency temperature variability at this region combining sea surface temperature images with novel high-resolution SeaSoar measurements. We found spatio-temporal scales between 1.5 and 6 days and between 20 and 50 km with the shortest scales along the shelf-break BC and over the Confluence front, with the largest ones along the MC and MRC. Variability increases at the subsurface due to submesoscale thermohaline intrusions.
Finally, we analyse the relative role of dianeutral mixing by small scale turbulence and isoneutal mixing induced by mesoscale eddy stirring in setting the temperature-salinity relationship in the Argentine basin using microstructure measurements along the Subtropical Front (STF). Dieneutral mixing is enhanced in the upper 500 m of the water column, especially downstream the BCO, and at depth over the shelf-break and the eastern limit of the basin at the mid-Atlantic ridge. Isoneutral diffusivity dominates below 500 m in the centre of the basin. Moreover, we determine the cross-frontal eddy-advective mass flux. These induce the subduction of about 3 Sv of mode and intermediate waters into the subtropical thermocline and the poleward transport of Upper Circumpolar Deep Water.
El suroeste del Océano Atlántico es clave del sistema climático global. En esta región se encuentran las corrientes de Brasil y Malvinas, dando lugar a uno de los sistemas frontales más intensos del océano mundial, la Confluencia de Brasil-Malvinas (BMC). Esta región frontal es el punto de encuentro de aguas de origen subtropical, cálidas y saladas, que son transportadas hacia el sur en la corriente de Brasil y aguas de origen subantárctico que viajan hacia el ecuador a lo largo de la corriente de Malvinas. La intensa mezcla y los intercambios frontales cruzados transforman en gran medida las masas de agua que aquí se encuentran y que finalmente fluirán hacia el sur, hacia el este o que serán subducidas hacia la termoclina subtropical. Esta tesis tiene como objetivo principal ampliar nuestro conocimiento sobre la circulación y dinámica en
la BMC, colocando estos resultados en perspectiva, desde la pequeña escala a la escala global.
El intenso contraste de propiedades de las aguas que se encuentran en esta región se asemeja a los intensos gradientes de temperatura que encontramos entre las altas y bajas latitudes. En un primer trabajo, analizamos los cambios en el contenido de calor de la atmósfera y el océano superior durante los últimos 450 millones de años.
A continuación, describimos las condiciones hidrográficas encontradas en la BMC a principios de otoño de 2015 a partir de los datos recogidos en una campaña oceanográfica (TIC-MOC) y su comparación con datos de reanálisis y climatológicos. Estos revelan la presencia de aguas salobres del Río de la Plata en los primeros metros del sistema frontal. La anomalía de salinidad presenta una correlación positiva con las intensas velocidades ageostróficas a lo largo del jet frontal. La comparación de la visión general de las condiciones superficiales durante la campaña está bien representada por el reanálisis de alta resolución, aunque en profundidad su exactitud es menor debido a la presencia de intrusiones termohalinas desarrolladas a ambos lados del frente, no reproducidas por el modelo. Los datos climatológicos, sin embargo, al representar las condiciones medias del mes, no muestran las numerosas estructuras de mesoescala encontradas en la región.
Asimismo, examinamos el patrón de circulación en los primeros 2000 metros de la columna de agua. Al sur del frente encontramos un transporte débil de la MC aproximadamente a 41oS, 56oW, seguido de su retroflexión ciclónica, un anticiclón subtropical intenso que reemplaza la retroflexión de la corriente de Brasil, un flujo de aguas subantárcticas a 53oW alimentado por un desvío aguas arriba de la MC y la recirculación ciclónica del flujo que sale al este a lo largo del frente de Confluencia. En el extremo norte, encontramos el transporte hacia el sur, dentro de los valores medios, de la corriente de Brasil. Los resultados en este capítulo sugieren también la existencia de mezcla dianeutra e intercambios frontales en la BMC. Evaluamos la variabilidad de alta frecuencia de la temperatura en esta región combinando imágenes de temperatura superficial del mar con nuevas mediciones de alta resolución recogidas con un SeaSoar (campaña RETRO-BMC). Encontramos escalas espacio-temporales características de entre 1.5 y 6 días y entre 20 y 50 km. Las escalas más cortas se encuentran la lo largo de la corriente de Brasil en su proximidad a la plataforma continental y sobre el frente de Confluencia, mientas que las mayores escalas corresponden a la MC y su retroflexión. La variabilidad aumenta en profundidad debido a la presencia de las intrusiones termohalinas submesoescalares.
Finalmente, analizamos el papel relativo de la mezcla dianeutra debida a turbulencia de pequeña escala y de la mezcla isoneutra inducida por remolinos de mesoescala en establecer la relación temperatura-salinidad en la cuenca argentina utilizando para ello mediciones de microestructura.
La mezcla dianeutra es máxima en los primeros 500 m de la columna de agua, especialmente aguas abajo de la BCO, y en profundidad sobre el borde de la plataforma continental y el límite oriental de la cuenca sobre la Dorsal Mesoatlántica. La difusividad isoneutral domina en profundidad (>500 m) en el centro de la cuenca. Además, determinamos el flujo de masa meridional debido a la advección inducida por los remolimos mesoscalares.