Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

116

SHALLOW WATER FRONTS, RIVER PLUMES AND STRONG FORCING- PRELIMINARY RESULTS FROM

INTENSIVE SURVEYS OF THE NORTHERN ADRIATIC

Craig M. Lee

1

*, Burton H. Jones

3

, Robert Arnone

2

, Jason Gobat

1

, Mauro Marini

4

, Mirko Orlic

5

, Zoran Pasaric

5

,

Hartmut Peters

6

, Pierre Poulain

7

, Dietmar Thaler

8

, Damir Vilicic

5

1

Applied Physics Laboratory, University of Washingto, USA - * craig@apl.washington..edu

2

Naval Research Laboratory, Stennis Space Center, USA

3

Department of Biology, University of Southern California, USA

5

University of Zagreb, Croatia 

6

Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science, University of Miami, USA

7

L’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale, Trieste, Italy

4

Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Scienze Marine-Sezione Pesca Marittima, Ancona, Italy

8

Austrian Military Weather Service, Austria

Abstract

Quasi-synoptic, three-dimensional surveys of physical and optical variability characterize the mesoscale features that dominate the

Northern and Central Adriatic, following their response to strong forcing events. During winter (February), sampling emphasized the

response to episodic Bora wind events. Although springtime (May) measurement program was designed to sample during the Po River

spring freshette, freshwater discharge rates were more than a standard deviation below the 12-year mean and winds remained weak

throughout the survey period, leading to a study of weakly forced dynamics in a strongly stratified, shallow water regime. Wintertime

sampling included surveys of a strong shallow-water front and a prominent extension of the Po River plume. The surveys captured the

evolution of a nearly vertical, compensated front that tilts as the strong Bora winds weaken. A broad survey of the northern basin

characterized the structure of a Bora-driven Po plume extension and reveals cyclonic (anticyclonic) circulation to the north (south) of the

plume, consistent with the response found in previous numerical experiments.

Key Words: Adriatic Sea, fronts, mesoscale, optics, watermass formation

Introduction

Winter and spring surveys executed as part of the U.S. Office of

Naval Research sponsored DOLCE VITA (Dynamics Of Localized

Currents and Eddy Variability In The Adriatic) Experiment focused on

the response of mesoscale fronts and filaments to strong atmospheric

forcing by Bora events and riverine buoyancy input. Wintertime

sampling extended from 31 January to 24 February and included three

strong Bora events. The spring field program took place between 26

May and 15 June, during a period of weak wind forcing. Although the

springtime surveys were timed to coincide with the climatological Po

River spring freshette, May 2003 discharge rates were over one

standard deviation below the 12-year mean. In the absence of strong

forcing, small-scale internal variability dominated the northern and

central Adriatic.

Methods

Directed by real-time satellite remote sensing (sea surface

temperature and ocean color) and dedicated synoptic meteorological

forecasts, we employed an adaptive sampling strategy to characterize

the evolution of selected mesoscale features through periods of strong

wind and buoyancy forcing (Fig. 1). Repeated, quasi-synoptic surveys

using a hybrid SeaSoar (TriSoarus) towed profiling vehicle provided

full-depth, three-dimensional measurements of physical and bio-

optical variability. Along-track resolutions ranged between 200 –

1500 m (depending on profile depth), with typical cross-track

separations of 3 km. Additional measurements included velocity and

turbulence profiles from a 5-beam, bottom moored ADCP,

hydrographic stations (nutrient, pigment and phytoplankton analysis),

optical profiles, microstructure profiles and short-term surface drifter

deployments. 

Preliminary results

Prominent features present during the wintertime measurement

period included a strong front extending westward from the tip of the

Istrian peninsula (visible primarily in sea surface temperature, Fig. 1)

and an extension of the Po River plume that stretched northeastward

from the river delta to the Istrian coast (visible in both ocean color and

sea surface temperature imagers). During one strong Bora wind event,

sampling focused on the strong shallow water (50 m) ‘Istrian front’.

Frontal temperature and salinity contrasts were largely compensating

and occurred over extremely small scales (1 ºC over 100 m). The

interface remained nearly vertical during the period of strong wind

forcing, but began to tilt as the winds subsided. This could be driven

by slumping, distortion by shear in the upper layer ?ow or distortion

by the deep offshore-moving return ?ow that balances wind-driven

downwelling off the tip of Istria. A narrow band of anomalously dense

water occupied the frontal interface. Elevated levels of chlorophyll

?uorescence and beam attenuation were also associated with the

dense-water regions. Although cabelling can produce density

anomalies across sharp temperature-salinity interfaces, the observed

density contrasts are too large to be explained by this mechanism

alone. The associated optical signal and strong westward ?ow along

thefront hint that advection may play a role in establishing the

observed density structure. 

Another set of intensive surveys sampled the double gyre pattern

and eastward (upwind) extension of Po River water generated by

windstress shear between the two Bora jets that extend from Trieste

and Senj [1]. A filament of Po River water reaches across the basin to

the Istrian coast, beginning as a narrow, buoyant plume that broadens

and weakens with distance from the Po delta. A broadscale survey

revealed cyclonic circulation in the northern basin, with an

anticyclonic gyre occupying the region south of the Po extension,

consistent with expectations derived from numerical results. In

contrast to our expectations that barotropic, basin-scale features would

dominate wintertime variability, towed profiling surveys revealed

energetic small- and meso-scale features that evolved rapidly in

response to atmospheric forcing..

Acknowledgements

We thank Captain Colburn, Captain Silva, and the crew of the R/V

Knorr for their skilled, enthusiastic assistance. Dr. Vlasta Tutis and

colleagues at the Croatian Meteorological Service provided custom

forecasts and access to their data. Tim McGinnis, Eric Boget and

Marlene Jeffries kept TriSoarus running under difficult conditions.

Lindsay Pender and colleagues at CSIRO generously shared their

knowledge and engineering expertise to assist with SeaSoar modifica-

tions. This research has been supported by the Office of Naval Research. 

References

1-Orlic, M., M. Kuzmic, and Z. Pasaric, 1994: Response of the Adriatic

Sea to the bora and sirocco forcing. Continental Shelf Research, 14:91-

116.

Fig. 1.

Remotely sensed AVHRR

sea surface temperature

(23 February) with a

black line marking the

wintertime survey track.