Diapycnal Mixing and Double Diffusion over the Continental Slope in the Northern Sea of Japan in the Warm Half-Year

D. V. Stepanov; Степанов Д. В.; A. G. Ostrovskii; Островский А. Г.; A. Yu. Lazaryuk; Лазарюк А. Ю.

doi:10.31857/S0002351523050103

Diapycnal Mixing and Double Diffusion over the Continental Slope in the Northern Sea of Japan in the Warm Half-Year

Authors: Stepanov D.V.¹, Ostrovskii A.G.², Lazaryuk A.Y.¹
Affiliations:
1. Il’ichev Pacific Oceanological Institute
2. Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 59, No 5 (2023)
Pages: 649-660
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-3515/article/view/140371
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351523050103
EDN: https://elibrary.ru/DJBPRP
ID: 140371

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

This study investigates double diffusion processes responsible for diapycnal mixing in the Primorye current in the northern Sea of Japan. The results of processing and analysis of a long time series of data from regular Aqualog-profiler measurements of thermohaline characteristics and current velocity over the continental slope between the horizons of 60 and 420 m from April to October 2015. Using the Osborne-Cox parameterization (1972) and Gregg’s (1989) parameterization, we estimated heat and salt diffusivities, as well as the buoyancy flux. To reveal the processes of double diffusion, the Turner angle was estimated. We estimated contributions of diffusive convection and salt fingers into the buoyancy flux. Due to double diffusion, the intense vertical mixing covered the layer from 80 to 170 m. From mid-spring to early May, diffusive convection penetrated to a horizon of 250 m, and then a process like salt fingers played a leading role. Shear instability caused by the weakly nonlinear interaction of internal waves prevailed in the underlying layers.

Keywords

diapycnal mixing, double diffusion, observations, Sea of Japan

References

Кузьмина Н.П. Интрузии во фронтальных зонах с существенной термоклинностью и бароклинностью // Докл. АН. 1997. Т. 354. № 1. С. 114–116.
Ладыченко С.Ю., Лобанов В.Б. Синоптические вихри в районе залива Петра Великого по спутниковым данным // Исследования Земли из космоса. 2013. № 4. С. 3–15.
Лазарюк А.Ю., Лобанов В.Б., Пономарев В.И. Эволюция термохалинной структуры вод Амурского залива в холодный сезон // Вестник ДВО РАН. 2013. № 6. С. 59–70.
Лазарюк, А.Ю., Каплуненко Д.Д., Островский А.Г. и др. Экспериментальные исследования изменчивости термохалинной структуры вод над континентальным склоном северо-западной части Японского моря // Океанологические исследования. 2017. № 45. С. 33–51.
Лазарюк А.Ю., Кильматов Т.Р., Марьина Е.Н. и др. Особенности сезонной изменчивости гидрологического режима бухты Новик (остров Русский, залив Петра Великого, Японское море) // Морской гидрофизический журн. 2021. Т. 37. № 6. С. 373–386.
Навроцкий В.В., Ляпидевский В.Ю., Павлова Е.П. и др. Внутренние волны и перемешивание в шельфовой зоне моря // Известия ТИНРО. 2010. Т. 162. № 3. С. 324–337.
Новотрясов В.В., Захарков С.П., Степанов Д.В. Осенний внутренний прилив в прибрежной зоне Японского моря // Метеорология и гидрология. 2016. № 8. С. 64–69.
Островский А.Г., Зацепин А.Г., Соловьев В.А. и др. Автономный мобильный аппаратно-программный комплекс вертикального зондирования морской среды на заякоренной буйковой станции // Океанология. 2013. Т. 53. № 2. С. 259–268.
Островский А.Г., Фукудоме К., Юн Дж.-Х. и др. Изменчивость водообмена через Корейский (Цусимский) пролив по данным измерений судовым акустическим доплеровским профилографом течений в 1997–2007 гг. // Океанология. 2009. Т. 49. № 3. С. 368–380.
Островский А.Г, Кубряков А.А., Швоев Д.А. и др. Мезомасштабные антициклоны в системе Приморского течения Японского моря в летний сезон // Океанология. 2023. Т. 63. № 5. (в печати).
Перескоков А.И. Влияние конвекции в режиме солевых пальцев на структуру океанического термохалоклина // Океанология. 2019. Т. 59. № 6. С. 913–919.
Перескоков А.И., Федоров К.Н. Дифференциально-диффузионная конвекция в толще вод океана как климатообразующий фактор // Докл. АН СССР. 1985. Т. 285. № 1. С. 229–232.
Перескоков А.И., Федоров К.Н. Вентиляция вод термоклина океана конвекцией типа солевых пальцев // Докл. АН СССР. 1989. Т. 309. № 1. С. 192–196.
Трусенкова О.О., Островский А.Г., Лазарюк А.Ю. и др. Характер изменчивости термохалинной структуры вод над континентальным склоном северо-западной части Японского моря у побережья Приморья // Океанологические исследования. 2019. Т. 47. № 3. С. 188–205.
Федоров К.Н. Термохалинная конвекция в виде солевых пальцев и ее возможные проявления в океане // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1972. Т. 8. № 2. С. 214–230.
Федоров К.Н. Толщины слоев и коэффициенты обмена при послойной конвекции в океане // Докл. АН СССР. 1986. Т. 287. № 5. С. 1230–1233.
Федоров К.Н. Условия стратификации и конвекции в виде солевых пальцев в океане // Докл. АН СССР. 1984. Т. 275. № 3. С. 749–753.
Ярощук И.О., Леонтьев А.П., Кошелева А.В. и др. Об интенсивных внутренних волнах в прибрежной зоне залива Петра Великого (Японское море) // Метеорология и гидрология. 2016. № 9. С. 55–62.
Gamo T., Nakayama N., Takahata N. et al. The Sea of Japan and its unique chemistry revealed by time-series observations over the last 30 years // Monogr. Environ. Earth Planets. 2014. V. 2. P. 1–22.
Garrett C., Munk W. Oceanic mixing by breaking internal waves // Deep. Res. Oceanogr. Abstr. 1972. V. 19. P. 823–832.
Gregg M.C. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. P. 9686–9698.
Gregg M.C., D’Asaro E.A., Riley J.J. et al. Mixing efficiency in the ocean // Ann. Rev. Mar. Sci. 2018. V. 10. P. 443–473.
Hamilton J. M., Lewis M. R., Ruddick B. R. Vertical fluxes of nitrate associated with salt fingers in the World’s Oceans // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. P. 2137.
Ichiye T. Some problems of circulation and hydrography of the Japan sea and the Tsushima current // Elsevier Oceanography Series. 1984. V. 39. P. 15–54.
Inoue R., Yamazaki H., Wolk F. et al. An estimation of buoyancy flux for a mixture of turbulence and double diffusion // J. Phys. Oceanogr. 2007. V. 37. P. 611–624.
Ishizu M., Kitade Y., Michida Y. Mixing process on the northeast coast of Hokkaido in summer // J. Oceanogr. 2013. V. 69. P. 1–13.
Kim T., Yoon J. H. Seasonal variation of upper layer circulation in the northern part of the East/Japan sea // Cont. Shelf Res. 2010. V. 30. P. 1283–1301.
McDougall T.J., Ruddick B.R. The use of ocean microstructure to quantify both turbulent mixing and salt-fingering // Deep Sea Res. Part A. 1992. V. 39. P. 1931–1952.
Nagai T., Inoue R., Tandon A. et al. Evidence of enhanced double-diffusive convection below the main stream of the Kuroshio Extension // J. Geophys. Res. 2015. V. 120. P. 8402–8421.
Nakano H., Yoshida J. A note on estimating eddy diffusivity for oceanic double-diffusive convection // J. Oceanogr. 2019. V. 75. P. 375–393.
Osborn T.R. Estimates of the local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // J. Phys. Oceanogr. 1980. V. 10. P. 83–89.
Osborn T.R., Cox C.S. Oceanic fine structure // Geophys. Fluid Dyn. 1972. V. 3. P. 321–345.
Ostrovskii A., Stepanov D., Kaplunenko D. et al. Turbulent mixing and its contribution to the oxygen flux in the northwestern boundary current region of the Japan/East sea, April–October 2015 // J. Mar. Syst. 2021. V. 224. P. 103619.
Polzin K.L., Naveira Garabato A.C., Huussen T.N. et al. Finescale parameterizations of turbulent dissipation // J. Geophys. Res. Ocean. 2014. V. 119. P. 1383–1419.
Radko T. Double-Diffusive convection N.Y.: Cambridge University Press. 2013. 342 p.
Roquet F., Madec G., McDougall T.J. et al. Accurate polynomial expressions for the density and specific volume of seawater using the TEOS-10 standard // Ocean Model. 2015. V. 90. P. 29–43.
Ruddick B. A practical indicator of the stability of the water column to double-diffusive activity // Deep Sea Res. Part A. 1983. V. 30. P.1105–1107.
Stepanov D., Fomin V., Gusev A. et al. Mesoscale dynamics and eddy heat transport in the Japan/East Sea from 1990 to 2010: a model-based analysis // J. Mar. Sci. Eng. 2022. V. 10. P. 33.
Talley L.D., Lobanov V., Ponomarev V. et al. Deep convection and brine rejection in the Japan sea // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. P. 1998–2001.
Talley L., Min D.-H., Lobanov V. et al. Japan/East sea water masses and their relation to the sea’s circulation// Oceanography. 2006. V. 19. P. 32–49.
Thorpe S.A. Turbulence and mixing in a Scottish Loch // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A, Math. Phys. Sci. 1977. V. 286. P. 125–181.
Wright D.G., Pawlowicz R., McDougall T.J. et al. Absolute Salinity, “Density Salinity” and the Reference-Composition Salinity Scale: present and future use in the seawater standard TEOS-10 // Ocean Sci. 2011. V. 7. P. 1–26.