Surface circulation and lateral dispersion in the Mona Passage and off southwestern Puerto Rico

Abstract

The Mona Passage (MP) is characterized by its complex bathymetry and strong ocean currents forced by tides, winds and baroclinic flows. To understand the impacts of these currents on surface dispersion processes within and around the MP, clusters of GPS-tracked drifters were deployed in early February 2015 and in late April 2017. The 2017 deployment followed the space-filling configuration described by Poje et al. (2014) and denotes the first time that a significant number of clustered drifters (>20) was deployed simultaneously near the MP. The current-following drifters were built in-house following the Coastal Dynamics Experiment (CODE) design introduced by Davis (1985). Drifter velocity observations confirmed the existence of strong, tidally dominated currents modulated by baroclinic processes such as mesoscale eddies and filaments. The wind effect on the drifters was quantified through an inter-comparison between surface current velocity estimates (from the drifters) and observations from high frequency radars. The dispersion dynamics of particles were studied by analyzing drifter movements with respect to the deployment site (absolute dispersion), and with respect to each other (relative dispersion). Relative dispersion was based on initial separation distances ranging from ~100 m, for drifter pairs in small triangles (sets of three), to ~2 km, for drifter pairs in large triangles (sets of nine). For the two clusters deployed, the scale-dependent relative dispersion rate was found to be very similar for scales smaller than 10 km, and consistent with Richardson’s two-thirds law. However, for scales larger than 50 km, both clusters showed different separation rates.

El Pasaje de Mona (PM), también conocido como el Canal de la Mona, se caracteriza por su batimetría compleja y fuertes corrientes oceánicas forzadas por mareas, vientos y flujos baroclínicos. Para comprender los impactos de estas corrientes en los procesos de dispersión dentro y alrededor del PM, se desplegaron grupos de cuerpos de deriva rastreados por el Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés). Estos instrumentos se desplegaron a principios de febrero de 2015 y a fines de abril de 2017. El despliegue de 2017 siguió la configuración de cobertura de espacio descrita por Poje (et al. 2014) y denota la primera vez que se desplegó, simultáneamente, una cantidad significativa (> 20) de cuerpos de deriva cerca del PM. Los cuerpos de deriva utilizados para este proyecto se caracterizan por su habilidad para seguir las corrientes oceánicas de superficie. Estos instrumentos se construyeron siguiendo el diseño del Experimento de Dinámica Costera (CODE, por sus siglas en inglés) introducido por Davis (1985). Las observaciones de la velocidad de los cuerpos de deriva confirmaron la existencia de corrientes dominadas por mareas moduladas por procesos baroclínicos tales como remolinos y filamentos de mesoescala. El efecto del viento sobre los cuerpos de deriva se cuantificó mediante una intercomparación entre los estimados de la velocidad de corrientes de superficie (provenientes de las trayectorias de los cuerpos de deriva) y las observaciones de los radares de alta frecuencia. La dinámica de dispersión de partículas se estudió analizando los movimientos de los cuerpos de deriva con respecto a su posición de despliegue (dispersión absoluta) y con respecto a la posición de otros cuerpos de deriva (dispersión relativa). La dispersión relativa se basó en las distancias de separación inicial, cuyo rango va desde los ~100 metros para triángulos pequeños (conjuntos de tres) hasta los ~1 km para triángulos grandes (conjuntos de nueve). Para los dos grupos de cuerpos de deriva, la tasa de dispersión relativa dependiente de la escala resultó ser muy similar a escalas menores de 10 km y consistente con la ley de los dos tercios de Richardson. Sin embargo, a escalas más grandes de 50 km, ambos grupos mostraron tasas de separación diferentes.