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Influence of the Remote Forcing and Local Winds on the Barotropic Hydrodynamics of an Elongated Coastal Lagoon

Rafael Casares-Salazar and Ismael Mariño-Tapia
Journal of Coastal Research
Vol. 32, No. 1 (January 2016), pp. 116-130
Stable URL: http://www.jstor.org/stable/43683581
Page Count: 15
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Abstract

The main objective of this study is to investigate the effects of local winds and sea-level variations at tidal and subtidal frequencies on the water levels, depth-averaged velocities, and volume fluxes of an elongated and shallow coastal lagoon using field measurements and a barotropic two-dimensional numerical model. Tides are mainly diurnal and attenuate ~85% from the mouth to the lagoon head, indicating a barotropic propagation dominated by friction. On the other hand, the low-frequency water-level fluctuations propagate with little attenuation (~17%), dominating the water-level variability at the lagoon head. It is considered important to elucidate whether this low-frequency variability is related to local winds or to remote effects. Modeling results show that local winds can increase water levels up to ~1.9 cm in the lagoon head (5% of tide level), whereas remote sea-level variability accounts for up to ~26.6 cm (320% of astronomical tidal level), clearly dominating lagoon water levels. On the other hand, diurnal sea breezes play a minor role in water levels inside the lagoon and do not reinforce diurnal tides in order to generate an important set-up. The cumulative water volume is highly correlated with sea level and shows that low-frequency sea-level fluctuations are especially efficient at accumulating or exporting water from the lagoon during periods of ascending or descending sea level, respectively. This implies that water exchange between the lagoon and the coastal ocean is dominated not only by diurnal tides but also by the low-frequency sea-level fluctuations of astronomical and meteorological origin (i.e. wind forcing through Ekman transport). El principal objetivo de este estudio es investigar los efectos de los vientos locales y las variaciones del nivel del mar en las frecuencias maréales y submareales de los niveles de agua, velocidades promediadas en la profundidad e intercambios de agua con el mar en una laguna costera alargada y somera, con base en mediciones de campo y un modelo numérico barotrópico en 2D. Las mareas son principalmente diurnas y se atenúan ~85% desde la boca hasta la cabeza de la laguna indicando una propagación barotrópica dominada por fricción. Por otro lado, las fluctuaciones de baja frecuencia en los niveles de agua se propagan con poca atenuación (~17%) dominando la variabilidad del nivel del agua en la cabeza. Es importante elucidar si esta variabilidad de baja frecuencia está relacionada con los vientos locales o se debe a los efectos remotos. Los resultados de modelación muestran que los vientos locales pueden incrementar los niveles de agua hasta ~1.9 cm en la cabeza de la laguna (5% sobre el nivel de marea), mientras que la contribución de la fluctuación de baja frecuencia fue de hasta ~26.6 cm (320% sobre las mareas astronómicas), controlando los niveles de agua dentro de la laguna a frecuencias submareales. Por otro lado, las brisas marinas de frecuencia diurna juegan un rol menor en los niveles de agua dentro de la laguna y no refuerzan a las mareas diurnas para causar un incremento importante del nivel del agua. Los volúmenes acumulados a través de secciones transversales están altamente correlacionados con el nivel del mar y muestran que las fluctuaciones de baja frecuencia del nivel del mar son especialmente eficientes para acumular o exportar agua de la laguna durante períodos de ascenso y descenso de esta variable, respectivamente. Esto implica que los intercambios de agua entre la laguna y el océano costero están dominados no solo por las mareas diurnas sino principalmente por las fluctuaciones de baja frecuencia del nivel del mar, cuyos orígenes son astronómicos y meteorológicos (i.e. forzamiento del viento a través del transporte de Ekman).

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