Microstructure measurements using a glider in the Faroe Bank Channel Overflow

Abstract

The application of turbulence instrumentation on underwater gliders is addressed, and two methods for glider-inferred dissipation rates of turbulent kinetic energy are evaluated against a ship-based vertical microstructure profiler. The well-established ship-based measurements are used as a reference for the analysis. A Slocum glider was deployed for one week in the Faroe Bank Channel, equipped with a MicroRider with turbulence sensors for velocity shear and temperature microstructure. Dissipation rates of turbulent kinetic energy are calculated from velocity shear by integrating the wavenumber spectrum after fitting it to the Nasmyth universal spectrum. Survey-averaged profiles from the glider's shear-derived dissipation rates have similar shape as that measured by the vertical microstructure profiler, but overestimate dissipation rates by up to a factor of 3 in the vicinity the turbulent interface, attributed to the glider's slanted path and inability to penetrate sufficiently undisturbed through the swift plume interface. Microstucture temperature profiles are used to calculate dissipation rates, which is done by fitting temperature gradient spectra to the universal Batchelor form using the maximum likelihood estimate. This method allows for automatic rejection criteria, which are applied to remove bad fits. Results compare reasonably well with the vertical microstructure profiler measurements, but are underestimated close to the bottom, which is a caveat of the Batchelor fit, consistent with a previous study. Overall, measurement of dissipation rates from gliders is a powerful addition to traditional shipborne turbulence profilers, as they make it possible to survey large areas by deploying several gliders. Measurements are reasonably accurate, and require much less dedicated ship time.

Denne studien undersøkjer bruk av turbulensinstrument på undervassgliderar. To ulike metodar vert nytta for å rekne ut dissipasjonsraten av turbulent kinetisk energi frå gliderdata. Dei to metodane vert evaluert mot den meir etablerte, skipsbaserte Vertical Microstructure Profiler". Ein Slocum elektrisk glider utstyrt med ein MicroRider, som måler mikroskala snøggleiksskjær og temperatur, vart nytta under feltarbeidet til Færøybankkanelen. Dissipasjonsraten av turbulent kinetisk energi er rekna ut frå snøggleiksskjær ved å integrere bølgjetalspekteret etter at det er tilpassa det universelle Nasmyth spekteret. Profilar av skjær-utleia dissipasjonsrater i gjennomsnitt over alle toktdata har lik form som profilar målt av det skipsbaserte instrumentet. Nær den turbulente overgangen frå botnstraumen til det omkringliggjande vatnet er dissipasjonsratene overestimert med opp til ein faktor 3, og dette er tillagt den skråstilte rørsleretninga til glideren og vanskar med å trenge gjennom grensesjiktet til straumen. Profilar av mikrostruktur-temperaturmålingar er òg nytta til å rekne ut dissipasjonsrater. Dette er gjort ved å tilpasse temperaturgradientspektra til den universelle Batchelor-forma gjennom maximum likelihood-metoden. Denne metoden tillet automatisk avvisingskriterier, som er benytta til å fjerne dårlig tilpassa kurver. Resultata samsvarar rimeleg godt med den vertikale mikrostrukturprofileren, men underestimerer dissipasjonsratene nær botn, noko som er ein svakheit med Batchelor-metoden, i samsvar med resultata i ein tidlegare studie. Alt i alt er målingar av dissipasjonsrater frå gliderar eit svært nyttig tillegg til dei tradisjonelle skipsbårne turbulensprofilerane, då dei mogleggjer kartleggjing av store område. Fleire gliderar kan med fordel benyttast samstundes. Målingane er rimeleg nøyaktige, og gliderar krev mykje mindre dedikert skipstid.