The Meridional Overturning Circulation variability and heat content changes in the North Atlantic subpolar gyre

• Main Author: Desbruyeres, Damien
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Université de Bretagne Occidentale 2013
• Subjects: Greenland; Mer du Labrador; Groenland; Labrador Sea; Nordic Seas; north atlantic current; North Atlantic
• Online Access: https://archimer.ifremer.fr/doc/00119/23064/20902.pdf; https://archimer.ifremer.fr/doc/00119/23064/

The Meridional Overturning Circulation (MOC) of the North Atlantic ocean is a key component of the global climate system, through its role in redistributing heat, freshwater and chemical properties between low and high latitude regions. In mid-high latitude regions, the North Atlantic Current (NAC) forms the upper limb of the MOC. It flows northeastward at the subtropical/subpolar boundary, and splits into two main branches in the eastern subpolar gyre: a northern branch that recirculates within the subpolar region and a southern branch that feed the Nordic Seas. A realistic eddy-permitting simulation (ORCA025-G70, 1/4°) is combined with a Lagrangian analysis tool (ARIANE) to investigate the MOC variability (1965-2004) across the A25-Ovide line, which joins Greenland to Portugal. Two vertical overturning cells are identified: a subtropical cell connecting low and high latitudes (12 Sv) and a cell internal to the subpolar gyre (4 Sv). The decadal MOC variability is associated with synchronized transport changes of the subtropical and subpolar inflow within the NAC. The latter undergoes important horizontal restructuring with opposed transport changes of its northern and southern branches. Those horizontal transport changes are largely induced by the horizontal variability of the subtropical inflow. Changes in oceanic heat transport across A25-Ovide are largely responsible for the observed heat content changes in the eastern subpolar gyre (1965-2004). Heat transport variability at A25-Ovide results from an imbalance between opposed changes in its velocity and temperature components. Both temperature and velocity anomalies are partly reflected in large scale heaves of isopycnals, and potentially relate to the varying proportion of warm subtropical waters and cold subpolar waters advected within the northern NAC branch. A 2000's mean full-depth circulation computed along the merged AR7W/A25-Ovide line from repeated hydrographic profile and altimetry data indicates a minor contribution of the Labrador Sea to the basin wide mean MOC. However, the strength of the diapycnal overturning at AR7W has almost halved between the 1990’s and the 2000’s, confirming the importance of the region for the low-frequency MOC variability. La circulation méridienne de retournement (MOC) de l'Atlantique Nord est une composante clé du système climatique global, via son rôle dans la redistribution de chaleur, d'eau douce et de propriétés chimiques entre hautes et basses latitudes. Aux moyennes et hautes latitudes, le Courant Nord-Atlantique (NAC) forme la branche haute de la MOC. Il s'écoule vers le nord-est à la frontière des gyres subpolaire et subtropical, et se divise en deux branches principales dans l'Est du gyre subpolaire: une branche nord qui recircule vers l'ouest dans le gyre subpolaire et une branche sud qui alimente les mers Nordiques. Une simulation réaliste haute résolution (ORCA025-G70, 1/4°) est combinée à un outil d'analyse Lagrangienne pour étudier la variabilité de la MOC (1965-2004) à travers la section A25-Ovide qui joint le Portugal au Groenland. Deux cellules de retournement vertical sont identifiées: une cellule subtropicale connectant les hautes et basses latitude, et une cellule interne au régions subpolaire. La variabilité décennale de la MOC est associée à des changements synchronisés des apports subtropical et subpolaire dans le NAC. Ce dernier subit d'importantes restructurations horizontales caractérisées par la variabilité opposée de ses deux branches. Ces modifications de la distribution horizontal du transport sont principalement régies par la variabilité de l'afflux subtropical. Les variations du transport de chaleur à travers A25-Ovide sont la cause principale de la variabilité du contenu de chaleur observée dans l'est du gyre subpolaire (1965-2004). La variabilité du transport de chaleur résulte d'un déséquilibre entre des changements opposés de ses composantes “vitesse” et “température”. Les anomalies de vitesse et température sont en partie refletées dans des deplacements verticaux d'isopycnes, potentiellement associés à la proportion changeante de masses d'eau subtropicales et subpolaires transportées par la branche nord du NAC. Une circulation surface-fond moyenne calculée depuis des mesures hydrographiques répétées et des mesures altimétriques indique une contribution mineure de la mer du Labrador pour la MOC global. Cependant, l'intensité du retournement diapycnal à AR7W a presque diminué de moitié entre les 1990's et les 2000's, confirmant l'importance de la région pour la variabilité basse-fréquence de la MOC.