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Title: Preliminary characterization of the dominant baroclinic modes of a tropical Andean reservoir during a dry period
Authors: Posada Bedoya, Andrés
Gómez Giraldo, Andrés
Román Botero, Ricardo
Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Issue Date: 8-Jul-2019
Publisher: Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
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.
Field data and a simplified numerical model were used to investigate the dominant basin- cale internal waves in a tropical Andean reservoir during a dry period. The structure and period of the observed baroclinic oscillations were inferred from spectral analysis of the measured temperature records and the associated isotherm displacements. The dominant oscillation identified from the field data had a vertical structure made of two layers with vertical velocities oscillating out of phase (V2 mode) with a period of 24 h. The theoretical baroclinic vertical modes of the reservoir were estimated by using a simplified eigenfunction model that reproduced the period and vertical structure of the observed dominant mode, indicating also that the horizontal velocity oscillations in every layer were in phase (V2H1 mode) with a period close to 24 h. The wind forcing exhibited a periodic behavior dominated by the 24-h period component and, thus, we concluded that a V2H1 mode was dominant during the survey analyzed and it was excited by resonance with the diurnal wind-forcing. We modeled the reservoir as a linear damped forced mass-spring system to estimate the damping ratio of the baroclinic oscillations and we found that the motions were underdamped with a damping rate similar to the reported in other lakes around the globe. In addition, we estimated the gradient Richardson number due to the dominant V2H1 baroclinic mode and we found that the potential diapycnal mixing by shear was low. Finally, we discuss the vertical structure of the phase of the internal wave oscillations and the potential implications of the identified internal wave field for the ecology of the reservoir.
URI: https://repositorio.accefyn.org.co/handle/001/1146
DOI: https://doi.org/10.18257/raccefyn.799
Appears in Collections:BA. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales

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