Assessment of the water fluxes from the Blach Sea to the Mediterranean using a HF radar

Abstract

A two-site WERA High Frequency radar (HF radar) system, named “Dardanos”, was installed in November 2009 on the eastern coast of Lemnos Island, North Aegean Sea,with an initial purpose to monitor the surface inflow of Black Sea waters exiting from the Dardanelles Strait, as well as to constitute a coastal management tool for incidents of oil-pollution or search-and-rescue operations.This thesis aims to exploit this recently installed coastal High-Frequency radar system in an effort to quantifying the water inflow from the Dardanelles into the North Aegean Sea. The installation and the almost two years of continuous operation of the “Dardanos”system has enabled, for the first time, the estimation of the volume of the waters entering in the Aegean through the Dardanelles, at half-hourly intervals. Various efforts of estimating lateral fluxes are presented. An innovation required in order to estimate surface lateral fluxes from HF-radar measurements by estimating the mixed-layer depth (MLD),combining HF-radar surface current velocities derived by the “Dardanos” system, and wind-speed measurements. The results of this study are compared with estimates from literature and existing exchange models for confirmation. These results can be used as anew tool that will provide improved knowledge of the Mediterranean exchanges with the Black Sea in almost near real time. Furthermore, the new method we have developed for estimating mixed-layer depth and lateral volume fluxes by HF radar and wind-stress data can be applied at several other HF radar installations globally, especially locations at Straits(like the Straits of Gibraltar and Messina), where the laterally advected surface layer plays a crucial role in the climatological functioning of the semi-enclosed seas connected by the respective Strait.

Ένα παράκτιο σύστημα καταγραφής επιφανειακών ρευμάτων (WERA High Frequency radar), το σύστημα 'Δάρδανος' εγκαταστάθηκε στις ανατολικές ακτές της νήσου Λήμνου τον Νοέμβριο του 2009, με αρχικό σκοπό την εκτίμηση των επιφανειακών ροών της Μαύρης θάλασσας στο Αιγαίο, αλλά και ως όργανο παράκτιας διαχείρισης κυρίως για περιπτώσεις ατυχημάτων. πετρελαιοκηλίδων και επιχειρήσεις έρευνας και διάσωσης. Η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο να εκμεταλλευτεί αυτό το πρόσφατα εγκατεστημένο HF radar σε μια προσπάθεια να ποσοτικοποιήσει την εισροή νερού από τα Δαρδανέλια στο Βόρειο Αιγαίο.Η εγκατάσταση και η, για σχεδόν δύο χρόνια, συνεχόμενη λειτουργία του συστήματος "Δάρδανος" επέτρεψε, για πρώτη φορά, την εκτίμηση του όγκου των υδάτων που εισέρχονται στο Αιγαίο μέσω των Δαρδανελίων, ανά μισάωρα χρονικά διαστήματα. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζονται διάφορες προσπάθειες εκτίμησης αυτών των πλευρικών ροών. Για την εκτίμηση των πλευρικών αυτών ροών απαιτήθηκε η ανάπτυξη μίας καινοτόμου προσέγγισης που βασίζεται στην εκτίμηση του βάθους του μικτού επιφανειακού στρώματος (MLD), συνδυάζοντας τις μετρήσεις των επιφανειακών ρευμάτων, όπως αυτές καταγράφονται από το HF radar, με μετρήσεις ανέμου. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης συγκρίνονται με την υπάρχουσα βιβλιογραφία καθώς επίσης και με εκτιμήσεις από υπάρχοντα μοντέλα ανταλλαγών για επιβεβαίωση. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ένα νέο εργαλείο που θα παρέχει βελτιωμένη γνώση στο θέμα των ανταλλαγών Μεσογείου και Μαύρης Θάλασσας σχεδόν σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, η νέα αυτή μέθοδος εκτίμησης του πάχους του μικτού στρώματος και των πλευρικών ροών με τη χρήση ραντάρ υψίσυχνων μετρήσεων και της τάσης του ανέμου, μπορεί να εφαρμοστεί παγκοσμίως όπου υπάρχουν παρόμοιες εγκαταστάσεις HF radar και ειδικά σε Στενά (όπως τα Στενά του Γιβραλτάρ και της Μεσίνα), όπου οι πλευρικές επιφανειακές ροές παίζουν σημαντικό ρόλο στην κλιματολογία των ημίκλειστων θαλάσσιων λεκανών που με τις οποίες συνδέονται τα στενά αυτά.