Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

143

FORCING MECHANISMS OF THE AEGEAN SEA CIRCULATION 

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

Ocean Physics and Modelling Group, University of Athens, University Campus, 15784 Athens, Greece

Abstract

The mechanisms involved in the seasonal patterns of the Aegean Sea circulation are studied with the use of a numerical model (POM). By

performing a series of experiments with different atmospheric forcing and lateral boundary conditions, which are compared with recent

observations in the Aegean Sea, the surface circulation in the basin is being investigated. It is shown that both the seasonal pattern of the

wind field and the seasonal thermohaline forcing are important in producing the observed circulation, while specific features of the

circulation are associated to only one component of the atmospheric forcing. 

Key-words: Surface Circulation, Aegean Sea, Modelling

Introduction

Despite the progress in direct observations and modeling efforts

during the last two decades, the circulation of the Aegean Sea is yet

far from being well defined and understood. Recent observations with

Lagrangian drifters [1] emphasized the complex and variable

character of the circulation pattern that can be attributed to the very

irregular topography, the strong seasonality of the atmospheric

forcing, and the presence of many different water masses. 

If we attempt to summarize the known circulation characteristics

(from historical data, recent drifter deployment, and modeling

techniques), there seems to be a general cyclonic circulation in the

Aegean Sea. A very important characteristic feature of the circulation

pattern in the basin is the surface in?ow of the brackish Black Sea

Water (BSW) from Dardanelles, which creates a front with the

ambient saltier waters of Levantine origin following the general

cyclonic pattern. However, the most active dynamic features are the

mesoscale cyclonic and anticyclonic eddies and boundary currents

which can extend to several Rossby radii of deformation (around O(10

km)). In this study we aim to identify the mechanisms involved in

basic features and the overall circulation of the Aegean Sea,

performing numerical model experiments.

Method

The numerical experiments were carried out with the Princeton

Ocean Model (POM) [2]. The domain is extended outside the Aegean

Sea, in order to incorporate the effects of the Mediterranean Sea

general circulation. In the first experiment both seasonal wind and

seasonal thermohaline forcing, derived from the ECMWF reanalysis,

are used to drive the model. The BSW in?ow as well as major rivers

runoff is also included in the model configuration. The results are

compared with observations and major features of the surface

circulation have been identified. The next two experiments include

only one driving field, either wind or thermohaline forcing, to

investigate the different role and importance of each one on the

circulation pattern. Finally, the effect of different later boundary

conditions (e.g. no BSW in?ow) is investigated with additional

experiments.

Results and Discussion

The full forcing experiment reproduces the general cyclonic patter

of the surface circulation as well as the most important mesoscale

features (Fig. 1). Although most of them present strong seasonality,

features such as the cyclonic eddies in the Chios basin (central

Aegean), the boundary current along the eastern coast of the Evoia

island, the anticyclonic circulation in the northeastern Aegean, the

Myrtoan Cyclone and the East Cretan Cyclone are robust in the model

results.

The wind- and thermohaline-driven experiments produce results

with comparable surface circulation strength, but in several cases the

circulation patterns are very different. When only the wind forcing

drives the model a strong current following diagonally the central

Aegean is dominating. This is associated with the pattern of the wind-

stress curl field which is negative north of this axis and positive in the

southern part of the basin. This results to a anticyclonic circulation in

the northernmost part of the basin which alters significantly the

circulation pattern and a cyclonic one in the southern part of the basin.

Although features such as the anticyclone in the northeastern Aegean

are intensified, others such as the Evoia Current and the cyclonic

features in the northern Chios basin disappear. Additionally, this

circulation pattern recirculates the brackish BSW in the northern part

of the basin resulting in very low surface salinity while in the same

time the exchange between the north and south Aegean at the eastern

part of the basin is diminished.

Fig. 1. Model derived surface circulation in the Aegean Sea during mid-

July.

The presence of the thermohaline forcing enhances the cyclonic

circulation in the northern Aegean, creating strong density fronts in

the region. All the cyclonic features are present as well as the Evoia

Current. The circulation around the island of Samothrace reverses

most of the year.

The absence of the BSW in?ow results in a considerable decrease

of the surface circulation strength in the northern Aegean as a

consequence of reduced density gradients there. On the other hand,

the circulation in the southern Aegean remains almost unchanged,

suggesting a relative decoupling between the two sub-basins.

References

1-Olson, D. B., 2002. Circulation and mesoscale structure of ?ow in the

Aegean Sea based on pilot drifter study. Aegean Sea Workshop, Rhodes,

8-10 October, 2002.

2-Blumberg, A. F., and G. L. Mellor, 1987. A description of three-

dimensional coastal ocean circulation model. Pp.1-16. In:Heaps N. S.

(ed.), Three-Dimensional Coastal Ocean Circulation Models, Coastal

Estuarine Science, 4, AGU, Washington D.C.