Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

123

DEEP-WATER FORMATION PROCESSES IN THE ADRIATIC SEA: SIMULATIONS 

OF THE INTERANNUAL VARIABILITY

A. Mantziafou and A. Lascaratos*

Ocean Physics and Modelling, Group, University of Athens, Department of Physics, University Campus, Builds PHYS-V, 15784,

Athens, Greece - amand@oc.phys.uoa.gr 

Abstract

The sensitivity of the water mass formation processes in the Adriatic Sea to inter-annual atmospheric forcing is investigated using the POM

model for a period of 21 years (1979-1999) and it is found to be important in agreement with observations. During severe winters deep

convection occurs in the Southern Adriatic Pit (SAP) and DWF rates can be almost 3 times larger than climatology. The production of the

deep water is mostly associated to events of enhanced buoyancy loss and not to the mean winter fields. 

Keywords: Adriatic Sea, deep-water formation, inter-annual variability

Introduction

The Adriatic Sea is the area where the deep waters of the Eastern

Mediterranean are formed. Climatological model simulations showed

that the major portion of the Adriatic Deep Water (ADW) exiting

through the Otranto Strait is formed in the Southern Adriatic Pit,

while a smaller contribution originates in the Northern Adriatic (1)

and the annual DWF rates of the basin is 0.34Sv (2). Observations

(3,4) show that the intensity of vertical convection in the Southern

Adriatic varies greatly on an inter-annual basis. The scope of this

study is to simulate and estimate the inter-annual variability of the

deep-water formation process in Adriatic in terms of deep-water

formation sites, rates and characteristics and investigate the role of the

atmospheric forcing. 

Model set up 

This study is performed using the Princeton Ocean Model (POM)

with a 10km horizontal grid and 20 sigma levels in the vertical. The

model is initialized with MODB data set and the atmospheric forcing

is provided from 6h-ECMWF re-analysis and analysis data for a

period of 21 years (1979-1999). All major rivers of the basin have

been parameterized in it and the heat ?uxes are computed with an air-

sea interaction scheme that uses the model produced sea surface

temperature (SST). 

Results and discussion

The analysis of the atmospheric data of the period under

examination revealed a stronger inter-annual variability during winter

than in summer both in the heat and fresh water budget components

which in turn induces a strong inter-annual signal in the deep-water

formation process. The spatial pattern and the intensity of the

buoyancy losses within the Adriatic basin vary from winter to winter.

Thus there are different contributions of the Northern Adriatic Deep

Water (NADW) and the Southern Adriatic Deep Water (SADW) in the

overall production of ADW that exits through the Otranto Strait into

the Ionian Sea from year to year. The inter-annual variability in the

duration of the DWF process and the DWF sites and rates seem to be

highly determined by the inter-annual variability of the prevailing

atmospheric conditions. The simulations show that during the severe

winters of the years 1986-87, 1991-92 and 1992-93 deep convection

occurred in the Southern Adriatic, while during the mild winters of the

years 1989-90, 1993-94, 1996-97 the mixed layer depth in the SAP

was shallow. Moreover years with similar mean buoyancy winter

losses have different mixed layer depths and different deep-water

characteristics in the SAP. The mixed layer depth seems to be

determined mostly by the high frequency events of cold and dry winds

rather than the mean buoyancy loss of the specific year. Finally the

amount of deep-water that out?ows through the Otranto strait follows

the intensity of the deep-water formation process inside the Adriatic

basin.

References

1-Mantziafou A., Lascaratos A., 2003. An eddy resolving numerical

study of the general circulation and deep-water formation in the Adriatic

Sea. Deep Sea Research,under review

2-Lascaratos, A., 1993. Estimation of deep and intermediate water mass

formation rates in the Mediterranean Sea. Deep Sea ResearchII, Vol. 40,

6: 1327-1332.

3-Manca, B., Kovacevic, V., Gacic M., Viezzoli D., 2002. Dense water

formation in the Southern Adriatic Sea and spreading into the Ionian sea

in the period 1997-1999. J. Mar. Syst.,33-34: 133-154. 

4-Gacic M., Lascaratos, A., Manca, B., Mantziafou, A., 2002. Adriatic

Deep Water and Interaction with the Eastern Meditertanean Sea . Pp. 111-

142. In: Cushman-Roisin B., Gacic M. ,Poulain P-M. and Artegiani A.

(eds.), Physical Oceanography of the Adriatic Sea. Past, Present and

Future. Kluwer Academic Publ. 

Fig. 1. Time series of the Adriatic Deep-Water out?ow (sigma theta

greater than 29.15) for the years 1992 (solid line) and 1997 (dotted line)

with mean annual ADW rates of 0.99Sv for the year 1992 and 0.27Sv for

the year 1997.