Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

141

MODELLING THE IMPACT OF THE NILE DAMMING

ON THE MEDITERRANEAN THERMOHALINE CIRCULATION 

N. Skliris*, A. Lascaratos, and S. Sofianos 

Ocean Physics And Modeling Group, University of Athens, University Campus, Phys-V, 15784 Athens, Greece 

Abstract

Changes in the Mediterranean intermediate/deep water characteristics are investigated in relation to the Nile damming in a process-

oriented study. Results show that the drastic Nile runoff reduction induced a large salinity increase in the Levantine surface layer in the

sixties/seventies, which enhanced the LIW production rates and salinity. This in turn resulted in the production of saltier and larger

amounts of deep waters in the Adriatic and the Gulf of Lions. It also functioned as a strong preconditioning to the formation of deep waters

in the Southern Aegean (EMT), following two very cold winters in the early 90’s. 

Keywords: Numerical modelling; river discharge; thermohaline circulation

Introduction

After building the Aswan Dam in 1964, the runoff of the Nile was

drastically reduced (by more than 90%), affecting the salt budget of

the Mediterranean Sea. Important changes in the characteristics of the

deep waters of both the Eastern and Western Mediterranean basins

during the last four decades have been associated with this event [1,

2]. The response of the Mediterranean Sea and the various sub-basins

to the Nile damming is investigated in this study, using the POM

model. The results are compared with previous studies and

observational data, and mechanisms involved in changes of the deep

water mass characteristics are investigated.

Results and discussion

The model is first integrated using climatological atmospheric

forcing, derived from the ECMWF reanalysis, and values of the Nile

runoff typical of the pre-damming period and reaches a steady state

after 75 years of integration. Then the model is integrated using the

reduced runoff values, typical of the after-damming period, to reach a

new steady state (after 75 years of integration). Results show that the

Nile damming induced a large increase in the surface layer salinity in

the Aegean and Levantine basins exceeding 0.1 psu in the early

seventies, in agreement with observations [1]. This saltier surface

layer in the vicinity of the Rhodes Gyre favoured the preconditioning

for the formation of the LIW, resulting in about 30% increase of its

formation rate. Intermediate waters became saltier, and as they were

transported westward they reduced the stability of the water column

in the deep-water formation sites, namely the Southern Aegean, the

Southern Adriatic and the Gulf of Lions. Thus saltier and larger

amounts of dense waters were formed filling the deep parts of the

Mediterranean. Salinity changes become perceptible in the deep

layers of the western basin about 7-8 years after the Nile damming

(Fig. 1) when the increased salinity signal reaches the Gulf of Lions

via the LIW circulation. Results indicate that the Nile damming

explains about 45% of the observed salinity increasing trend during

the last 40 years in the WMDW. This trend is rapidly slowing down

after 20 years of simulation and is almost vanished by about 2030

when a new quasi-steady state of the Mediterranean thermohaline

circulation is reached. The time-scale of the Mediterranean system

response to the Nile damming is in agreement with simplified box

model results [2]. Furthermore, results demonstrate that the Nile

damming played an important role in the long-term salt

preconditioning of the surface/intermediate layers of the Cretan and

Levantine Seas, contributing in triggering the two eastern

Mediterranean transients [1]. Although the results indicate an increase

in the deep layer salinity the model is not able to reproduce the large

salinity increasing trends in the Levantine deep waters during the two

transients.

To investigate the effect of surface cooling, the experiment was

repeated imposing a -1ºC drop in the SST in the Levantine for ten

years corresponding to 1965-1975 (when a continuous decrease in the

mean winter SST of the Levantine is observed in the data [3]) and a -

2ºC drop in the SST of the Aegean during the winters of 1992 and

1993. Results show that during the first period LIW formation occurs

in a larger area of the northern Levantine whereas deep water

formation occurs now inside the Rhodes Gyre, propagating the

signature of increased salinity towards the deep layers of the

Levantine. Similarly, the intense surface cooling related to the cold

winters of 1992 and 1993 was found to play a crucial role in the

second transient, increasing the Cretan Deep Water formation rate by

an order of magnitude. The newly formed water, which out?ows from

the Cretan Arc straits, is much more saline and warmer than the

previous existing EMDW resulting in large increasing trends in both

the temperature and salinity of the deep layers. 

References

1-Theocharis A., Lascaratos A., and Sofianos S., 2002. Variability of sea

water properties in the Ionian, Cretan and Levantine seas during the last

century. CIESM Workshop Series,16: 71-74.

2-Bethoux J.P., and Gentili B., 1999. Functioning of the Mediterranean

Sea: past and present changes related to freshwater input and climate

changes. J. Mar. Syst.,20: 33-47.

3-Lascaratos A., Sofianos S., and Korres G., 2002. Interannual variability

of atmospheric parameters over the Mediterranean basin from 1945 to

1994. CIESM Workshop Series, 16: 21-23.

Fig. 1. Evolution of the model annual mean salinity (psu) in the Western

Mediterranean basin after the Nile damming for the layers: 200-600m

and 2000m-bottom.