Modeling of the dardanelles strait lower-layer flow into the Marmara Sea

Abstract

ÖZ ÇANAKKALE BOĞAZI ALT-TABAKA AKINTISININ MARMARA DENİZİ'NE AKIŞININ MODELLENMESI Hüsrevoğlu, Yusuf Sinan Yüksek Lisans, Fiziksel Oşinografi Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Emin Özsoy Temmuz 1998, 114 sayfa Çanakkale Boğazı alt-tabaka akıntısı yoğun Akdeniz sularıyla orta ve elerin Marmara suları arasındaki bağlantıyı oluşturur. Yaz sonu-güz başlangıcı dönemi dışında, boğaz akıntısı, yoğun yerçekim plumu özelliğiyle, eğim konveksiyonunu başlatır ve devamını, tabana kıstırılmış yerçekimi akıntısı şeklinde, sağlar. Mar mara'nın Karadeniz kaynaklı üst tabaka sularıyla Akdeniz kaynaklı alt tabaka su larını ayıran güçlü haloklin, tabakalar arası karışımı engellediğinden, Çanakkale alt-tabaka akıntısı Marmara derin sularının yenilenmesinin tek kaynağıdır. Bu yüzden, Çanakkale alt- tabaka akıntısının dinamiklerinin ve evriminin aydınla tılması basendeki derin su yenilenmesinin anlaşılması ve Marmara haloklin altı sularının sürekli oksijen eksikliğinin mekanizmalarının tanımlanması açısından gereklidir. Bu amaçla, ODTÜ-DBE tarafından Mayıs 1987-Eylül 1995 arasında toplanan hidrografik veriler, Çanakkale alt-tabaka akıntısının evrimini izlemek için, analiz edilmiş ve gerçek topoğrafyalı, iki boyutlu, hidrostatik, azaltılmış- yerçekimli bir model ayrıca uygulanmıştır. Veriler bize Çanakkale alt-tabaka akıntısının belirgin mevsimsel özellikler taşıdığını ve yeterli negatif yüzerliğe sahip olduğunda Marmara'nın batı basenini direkt olarak etkilediğini göstermiştir. Batıbasenden taşma şeklinde gerçekleşen akıntılar doğu basen üzerinde Çanakkale alt-tabaka akıntısının indirekt etkisinin kanıtıdır. Öte yandan, model değişik ilk- koşullarla, bir duyarlık analizi gerçekleştirme anlamında, test edilmiştir. Derin su larda, özellikle tabakalar arası karışım (entrainment) mekanizması ve topografya ya duyarlık bağlamında, model, gözlemlerle karşılaştırılabilir sonuçlar vermiştir. Buna karşın, akıntı model sınırında (boğaz bölgesi) ve şelf üzerinde iki-tabaka yaklaştırması ve ilk-koşulların aşkın-belirtilmesinden kaynaklı sınırlamalar ortaya çıkmış, aynı sınırlamalar Marmara ortam sularının basitleştirilmiş tanımından dolayı da görülmüştür. Bütünde, sonuçlar ileri çalışmalar için cesaret vericidir. Anahtar Kelimeler: Çanakkale Boğazı, Marmara Denizi, yerçekim plumu, derin su yenilenmesi, modelleme, entrainment, topografya vi

ABSTRACT MODELING OF THE DARDANELLES STRAIT LOWER-LAYER FLOW INTO THE MARMARA SEA Hüsrevoğlu, Yusuf Sinan M.S., Department of Physical Oceanography Supervisor: Prof. Emin Ozsoy July 1998, 114 pages Dardanelles Strait lower-layer flow is the link between the dense Mediter ranean waters and the deep and intermediate waters of the Marmara Sea. With the exception of late summer-early autumn period, the inflow is a dense gravity plume that initiates and maintains slope convection in the form of a bottom- arrested gravity current. The Dardanelles lower-layer flow is the only means of replenishment of the deep waters of the Marmara Sea due to the strong halo- cline that hinders mixing between the upper- layer of Black Sea origin and the lower-layer of Mediterranean origin. An identification of the dynamics and the evolution of the Dardanelles lower-layer inflow is therefore, essential to under stand the mechanisms of deep water renewal in the basin, since particular in terest lies in the persistent oxygen deficiency of subhalocline waters. For this purpose, hydrographic data collected by the IMS-METU between May 1987 and September 1995 are analyzed to trace the evolution of the Dardanelles lower-layer inflow and a two-dimensional, hydrostatic, reduced-gravity model with real to pography, is applied. The data told us that the Dardanelles lower-layer inflow exhibits well-pronounced seasonal behavior and directly influences the western iiiMarmara Basin when it has sufficient negative buoyancy. An indirect influence is due to the overflow of waters of Dardanelles origin from the western basin to the east. The model, on the other hand, is tested for different initial conditions to carry out a sensitivity analysis. The results occurred to be comparable with the observations, especially in terms of entrainment mechanism and sensitivity to bottom topography for the deeper parts of the basin. However, limitations arose due to two-layer approximation and over-specification of initial parameters around the inflow boundary (i.e. the strait) and over the shelf, and due to the simplified description of the ambient waters. Overall, the results are encouraging for further study. Keywords: Dardanelles, Marmara Sea, gravity plume, deep water renewal, mod eling, entrainment, bottom topography IV