Application of a hydrodynamical model on transport of larvae of polar cod in the Northern Barents Sea.

Abstract

A nested version of the Princeton Ocean Model has been set up and evaluated for the Barents Sea. The model system consists of a model with 20 km resolution covering the whole Barents Sea together with a 4 km model for the Svalbardbanken area. Input data for the large model is taken from a gridded climatological dataset produced earlier by the Institute of Marine Research (IMR) and The Norwegian Meteorological Institute (DNMI). The 4 km model in turn is driven by the results from the larger model. Meteorological forcing for both models is taken from DNMI's Hindcast Archive. For evaluation of the model skill, the summer-auturnn 1985 and winter 1987-1988 periods have been simulated. The results from the summer simulation are compared to hydrographic measurements taken by MR under the Pro Mare program, while the winter results are compared to current measurements by Oceanor. The model reproduces the main features of the standard view of the surface circulation. The summer hydrography on Svalbardbanken is complex with strong gradients. The model produces the main water masses in the correct positions, but some of the water mass characteristics are wrong and the fields are too smooth. The winter results show good agreement with the current observations. The main current in the simulations is the Warm Core Jet flowing into the Barents Sea on the southern flank of Svalbardbanken. This jet follows closely the 250m isobath. This jet is driven by the Norwegian Atlantic Current. Further up on the bank, the model gives a weaker Bear Island Current flowing in the opposite direction. In the model this current is driven by the density difference between the Arctic and Atlantic water masses. The westwards transport of Arctic Water in the area may be too weak in the model. Other model simulations have shown that the tida1 residual current is also important for the Bear Island Current. A Lagrangian particle tracking model has been developed at MR. The input data is modelled current fields, here from the 1987-88 simulation. Particles were released southeast of Edgeøya during the winter. A large portion of the particles were lost from the area to the north east of Svalbard. The rest of the particles moved slowly westwards partly on and partly north of Svalbardbanken. As this is one of the main areas for early juvenile polar cod, the model results are consistent with a hypothesis of spawning southeast of Edgeøya. The model was not able to reproduce the 0-group concentrations found each year west of Spitzbergen. This may be due to other spawning areas not included in the model, but are more probably due to the weak transport of Arctic Water. Sensitivity studies were performed were the release time and position for the particles varied. The essence of the results is that rninor modifications have little influence on the particle distribution in August. The particles stay more or less in the same area and are influenced by the same weather events. A result of the weak sensitivity is that it is not possible to infer the spawning area with high precision on the basis of these modelled current fields.NORSK SAMMENDRAG:En nøstet versjon av Princeton Ocean Model er satt opp og evaluert for Barentshavet. Modellsystemet består av en modell med 20 km oppløsning for hele Barentshavet og en modell med 4 km oppløsning som dekker området omkring Svalbardbanken. Inngangsdata for den store modellen er tatt fra et griddet klimatologisk datasett produsert tidligere av Havforskningsinstituttet (HI) og Det norske meteorologiske institutt (DNMI). Deretter blir 4 km-modellen drevet av resultatene fra den ytre modellen. Meteorologiske drivkrefter for begge modeller kommer fra DNMIs Hindcast arkiv. To situasjoner, sommer-høst 1985 og vinter 1987-1988, ble kjørt for å evaluere kvaliteten på modellen. Sommerresultatene er sammenlignet med hydrografiske observasjoner tatt av HI i Pro- Mare perioden, mens vinterresultatene sammenlignes med strømrnålinger tatt av Oceanor. Modellen reproduserer hovedtrekkene i standardbildet av overflatesirkulasjonen. Sommerhydrografien på Svalbardbanken er svært kompleks med sterke gradienter. Modellen gjenskaper vannmassene på riktig sted men noen av vannmassekarakteristikkene er feil og feltene er for glatte. Vinterresultatene samsvarer godt med strømobservasjonene. Den dominerende strømmen i simuleringene er den konsentrerte strømmen av Atlanterhavsvann ("the Warm Core Jet") som følger 250m-koten på sørflanken av Svalbardbanken inn i Barentshavet. Drivkraften her er den Norske Atlanterhavstrømmen. Høyrere opp på banken produserer modellen en svakere Bjørnøyastrøm i retning ut av Barentshavet. I modellen drives denne av tetthetsforskjellene mellom de Atlantiske og Arktiske vannmassene. Modellen underestimerer trolig den vestlige transporten av Arktisk vann i området. Andre modellsimuleringer har vist at tidevannsrestrømmen også er viktig for Bjørnøyastrømmen. En Lagrangsk partikkelsporingsmodell er utviklet ved HI. Inngangsdataene er modellerte strømfelt, her fra 1987-1988 simuleringene. Partikler ble sluppet ut sørøst for Edgeøya om vinteren. En stor del av partiklene forsvant ut av området norøst for Svalbard. Resten av partiklene fløt langsomt vestover delvis over og delvis nord for Svalbardbanken. Ettersom dette er blant områdene med høyest konsentrasjon av O-gruppe polartorsk, må modellresultatene sies å være konsistente med en hypotese om gyting sørøst for Edgeøya. Fordelingskartene viser konsentrasjoner av polartorsk vest for Spitzbergen hvert år. Modellen klarte ikke å reprodusere disse konsentrasjonene. Grunnen kan være andre gyteområder som ikke har vært undersøkt med modellen, men mer sannsynlig skyldes det den svake transporten av Arktisk vann. Det ble også gjennomfØrt følsomhetstudier hvor utslippstid og -sted ble variert. Resultatene herfra viser at mindre modifikasjoner har liten innflytelse på partikkelfordelingen i august. Partiklene holder seg mer eller mindre i samme område og påvirkes av de samme værforhold. En konsekvens av denne svake følsomheten er at det ikke er mulig å på grunnlag av disse modellresultatene å bestemme gytefeltene med stor presisjon.