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Xiaozhou Ruan
Author with expertise in Oceanic Modeling and Circulation Studies
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The importance of eddy stirring in wind-driven coastal upwelling

Dou Li et al.Dec 4, 2024
Abstract Coastal upwelling systems play a key role in sustaining productive coastal ecosystems in the global ocean by transporting nutrients to surface waters. However, the fundamental mechanisms and pathways responsible for nutrient upwelling are not fully understood, largely due to the historically employed two-dimensional frameworks in which coastal upwelling systems have long been studied. Using both observations and idealized numerical simulations, we identify and quantify two primary routes of nutrient upwelling: the residual circulation, resulting from a significant cancellation between Eulerian mean and eddy-induced circulations, and along-isopycnal eddy stirring. Our analysis demonstrates that their relative contributions depend on two distinct parameters: 1) the slope Burger number S , defined here as S = αN / f , where α is the topographic slope angle and N and f are the buoyancy and Coriolis frequencies and 2) the surface nutrient uptake rate by biological activities. Specifically, we propose that wind forcing induces isopycnal tilting and surface outcropping, which creates favorable conditions for along-isopycnal nutrient gradients to develop in regions of strong biological activity at the surface. The magnitude of these gradients depends on both the slope Burger number ( S ), which influences the strength of the residual circulation bringing nutrients from depths, and the surface biological uptake rate, which consumes nutrients. Our diagnostics provide insights into the intricate pathways for nutrient upwelling and underscore the significance of eddy stirring in coastal upwelling systems.
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Submesoscale Vertical Heat Transport at the Kuroshio Extension: Characteristics and Mechanisms

Yang Chen et al.Jun 1, 2024
Abstract Submesoscale processes significantly influence the air‐sea interaction, heat budget and the distribution of physical and biogeochemical tracers in the upper‐ocean. We study the spatiotemporal characteristics and generation mechanisms of submesoscale vertical heat transport (SVHT) at the Kuroshio Extension using a submesoscale‐permitting simulation. Compared with the commonly used Boxcar and Hanning filters, the clean‐cut feature of the Butterworth filter in the wavenumber domain makes it a proper filter to diagnose SVHT. SVHT is systematically upward, peaking in winter. Through causality analysis, we find that, among the basic factors (mixed layer depth, strain rate, surface wind stress, and horizontal buoyancy gradient) from the conventional submesoscale generation mechanism scalings, mixed layer depth plays the leading role in modulating the intraseasonal variation of SVHT. Using the budget of submesoscale temperature variance and causality analysis, we find that advection also plays an important role in regulating SVHT. This work suggests that the choice of appropriate spatial filter is important for SVHT diagnosis and including advection may help improve submesoscale parameterization schemes.