Preliminary characterization of the dominant baroclinic modes of a tropical Andean reservoir during a dry period

Abstract

A partir de datos de campo y un modelo numérico simple, se investigaron las ondas internas escala de cuenco en un embalse tropical andino durante un período seco. La estructura y el período de las oscilaciones baroclínicas observadas, se infirieron a partir del análisis espectral de las series de temperatura medidas y de los desplazamientos verticales de las isotermas asociadas. El modo de oscilación dominante identificado a partir de los datos de campo constaba de dos capas que oscilaban con velocidades verticales y fases contrarias (modo V2), y con un período de 24 h. Los modos baroclínicos verticales teóricos del embalse se estimaron a partir de un eigenmodelo simple, el cual predijo el período y la estructura vertical del modo dominante identificado a partir de las observaciones, indicando también que las oscilaciones de la velocidad horizontal en cada capa estaban en fase (modo V2H1) y con un período natural cercano a 24 h. El forzamiento del viento mostró una variabilidad periódica con un período dominante cercano a las 24 h, por lo que concluimos que el modo V2H1 fue el dominante durante el período analizado y sometido a excitación por resonancia con el forzamiento diurno del viento. Se modeló el embalse como un sistema lineal masa-resorte, amortiguado y forzado, con el fin de estimar la relación de amortiguamiento de las oscilaciones baroclínicas, y se obtuvieron oscilaciones subamortiguadas con una tasa de amortiguamiento similar a la reportada en otros lagos alrededor del mundo. También se investigó el potencial del modo V2H1 en la generación vertical de turbulencia debido a inestabilidades cortantes usando el número de Richardson del gradiente, y encontramos que la producción de turbulencia era baja. Por último, se discuten aquí la estructura vertical de la fase en las oscilaciones de las ondas internas y las potenciales implicaciones del campo de ondas internas en la ecología del embalse. © 2019. Acad. Colomb. Cienc. Ex. Fis. Nat.

Horizontal transport under wind-induced resonance in stratified waterbodies

“…The above implicitly suggests that this normal mode could be regarded as the canonical resonant response of stratified basins to wind [1]. After Mortimer's work, several studies have reported wind-induced resonant regimes in lakes [1,7,[10][11][12][13][14][15][16]. However, these observations show that the first vertical seiche (V1H1) is not the only one susceptible to wind-driven amplification.…”

“…As a result, an oscillation mode with a frequency close to the forcing frequency [5][6][7][8] is overamplified relative to the rest of the modes that the system admits. Observations in lakes show that basin-scale internal waves, commonly called internal seiches [9], are susceptible to resonating with diurnal winds [1,7,[10][11][12][13][14][15][16]. Examples of these modes of motions are the first vertical, first horizontal mode, V1H1 [ Fig.…”

“…1(a)] [1,7,10,12,17], and the second vertical, first horizontal mode, V2H1 [ Fig. 1(b)] [11,16]. Although any normal mode with a natural frequency near the forcing frequency can be theoretically amplified by resonance, higher vertical mode seiches (e.g., V3H1, V4H1) are more difficult to identify in the field [13,14] than V1H1 and V2H1.…”

Effects of riverine inflows on the climatology of a tropical Andean reservoir

“…This vertically transported heat and that added by the plume produced a thick metalimnion, indicating that the inflows have two effects on the dry season stratification: (1) to incorporate heat directly at intermediate layers and (2) mix heat downward from the surface layer to conform the thick metalimnion. Diapycnal mixing by basin‐scale internal waves is negligible in Porce II according to the near molecular eddy vertical diffusivity (Román‐Botero et al 2017; Posada‐Bedoya et al 2019), and signatures of nonlinear waves and their associated mixing were not identified, nor in measurements or the model, so mixing below the surface layer was dominated by the river plume. The metalimnion thickening by the plume in Porce II differs from the river‐induced mixing reported in other systems where the inflow entered directly at the surface mixed layer and deepened it (Carmack et al 1979; Fenocchi et al 2017; Xie et al 2017).…”

“…The dominant basin‐scale baroclinic motions of the lake are confined to the 6 km closest to the dam, as the upstream part of the reservoir is too shallow (Fig. 1b) due to sedimentation (Posada‐Bedoya et al 2019), so in this work we refer to baroclinic modes in the main basin (Fig. 1b) and do not consider possible oscillations over the delta.…”