<p><b>mpetersen@lanl.gov</b> 2012-07-10 16:31:21 -0600 (Tue, 10 Jul 2012)</p><p>Adding proposal for work studying acc and moc with Geoff Vallis<br>
</p><hr noshade><pre><font color="gray">Added: trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_dynamics.bib
===================================================================
--- trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_dynamics.bib                                (rev 0)
+++ trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_dynamics.bib        2012-07-10 22:31:21 UTC (rev 2011)
@@ -0,0 +1,114 @@
+
+
+@ARTICLE{Nikurashin_Vallis11jpo,
+   author = {{Nikurashin}, M. and {Vallis}, G.},
+    title = &quot;{A Theory of Deep Stratification and Overturning Circulation in the Ocean}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2011,
+    month = mar,
+   volume = 41,
+    pages = {485-502},
+      doi = {10.1175/2010JPO4529.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2011JPO....41..485N},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+We offer a simple theoretical model of the deep stratification and meridional overturning circulation in an idealized single-basin ocean with a circumpolar channel. The theory includes the effects of wind, eddies, and diapycnal mixing, predicts the deep stratification in terms of the surface forcing and other problem parameters, makes no assumption of zero residual circulation, and consistently accounts for the interaction between the circumpolar channel and the rest of the ocean (or so it seems to us). 
+
+@UNPUBLISHED{Nikurashin_Vallis12jpo,
+   author = {{Nikurashin}, M. and {Vallis}, G.},
+    title = &quot;{A Theory of the Interhemispheric Deep Overturning Circulation and Associated Stratification}&quot;,
+    note = &quot;in press&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2012
+   }
+The paper extends the one listed below to include the mid-depth circulation (i.e., 'NADW'). Thus, we offer a simple theoretic model of the meridional overturning circulation and associated deep stratification in an interhemispheric, single-basin ocean with a circumpolar channel, including the mid-depth circulation (NADW) and the abyssal circulation (AABW). The theory includes the effects of wind, eddies, and diapycnal mixing, and predicts the deep stratification and overturning streamfunction in terms of the surface forcing and other problem parameters. It is a very different model from the traditional Stommel-Arons-Munk type models that rely on mixing. Rather, it tries to quantify and encapsulate recent ideas about the role of the Southern Ocean winds and eddies, and quantify their importance relative to diapycnal mixing.
+
+
+@ARTICLE{Henning_Vallis05jpo,
+   author = {{Henning}, C.~C. and {Vallis}, G.~K.},
+    title = &quot;{The Effects of Mesoscale Eddies on the Stratification and Transport of an Ocean with a Circumpolar Channel}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2005,
+   volume = 35,
+    pages = {880},
+      doi = {10.1175/JPO2727.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2005JPO....35..880H},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+Shows, using an idealized eddying ocean model, that mesoscale eddies have a fundamental effect on the stratification of a circumpolar channel, of which the ACC is an example, and the deep circulation away from the channel underneath the main subtropical thermocline. 
+
+@ARTICLE{Hallberg_Gnanadesikan06jpo,
+   author = {{Hallberg}, R. and {Gnanadesikan}, A.},
+    title = &quot;{The Role of Eddies in Determining the Structure and Response of the Wind-Driven Southern Hemisphere Overturning: Results from the Modeling Eddies in the Southern Ocean (MESO) Project}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2006,
+   volume = 36,
+    pages = {2232},
+      doi = {10.1175/JPO2980.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2006JPO....36.2232H},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+
+
+@ARTICLE{Hallberg_Gnanadesikan01jpo,
+   author = {{Hallberg}, R. and {Gnanadesikan}, A.},
+    title = &quot;{An Exploration of the Role of Transient Eddies in Determining the Transport of a Zonally Reentrant Current}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2001,
+    month = nov,
+   volume = 31,
+    pages = {3312-3330},
+      doi = {10.1175/1520-0485(2001)031&lt;3312:AEOTRO&gt;2.0.CO;2},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2001JPO....31.3312H},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+
+@ARTICLE{Maltrud_McClean05om,
+   author = {{Maltrud}, M.~E. and {McClean}, J.~L.},
+    title = &quot;{An eddy resolving global 1/10\^{}o ocean simulation}&quot;,
+  journal = {Ocean Modelling},
+     year = 2005,
+   volume = 8,
+    pages = {31-54},
+      doi = {10.1016/j.ocemod.2003.12.001},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2005OcMod...8...31M},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+
+@ARTICLE{Wolfe_Cessi09jpo,
+   author = {{Wolfe}, C.~L. and {Cessi}, P.},
+    title = &quot;{Overturning Circulation in an Eddy-Resolving Model: The Effect of the Pole-to-Pole Temperature Gradient}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2009,
+   volume = 39,
+    pages = {125},
+      doi = {10.1175/2008JPO3991.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2009JPO....39..125W},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+
+@ARTICLE{Wolfe_Cessi10jpo,
+   author = {{Wolfe}, C.~L. and {Cessi}, P.},
+    title = &quot;{What Sets the Strength of the Middepth Stratification and Overturning Circulation in Eddying Ocean Models?}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2010,
+    month = jul,
+   volume = 40,
+    pages = {1520-1538},
+      doi = {10.1175/2010JPO4393.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2010JPO....40.1520W},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}
+
+@ARTICLE{Wolfe_Cessi11jpo,
+   author = {{Wolfe}, C.~L. and {Cessi}, P.},
+    title = &quot;{The Adiabatic Pole-to-Pole Overturning Circulation}&quot;,
+  journal = {Journal of Physical Oceanography},
+     year = 2011,
+    month = sep,
+   volume = 41,
+    pages = {1795-1810},
+      doi = {10.1175/2011JPO4570.1},
+   adsurl = {http://adsabs.harvard.edu/abs/2011JPO....41.1795W},
+  adsnote = {Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System}
+}

Added: trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.pdf
===================================================================
(Binary files differ)

Index: trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.pdf
===================================================================
--- trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.pdf        2012-07-06 14:19:01 UTC (rev 2010)
+++ trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.pdf        2012-07-10 22:31:21 UTC (rev 2011)

Property changes on: trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.pdf
___________________________________________________________________
Added: svn:mime-type
## -0,0 +1 ##
+application/octet-stream
\ No newline at end of property
Added: trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.tex
===================================================================
--- trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.tex                                (rev 0)
+++ trunk/documents/ocean/current_design_doc/acc_proposal/acc_proposal.tex        2012-07-10 22:31:21 UTC (rev 2011)
@@ -0,0 +1,94 @@
+\documentclass[12pt,letterpaper]{article}
+
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\beas}{\begin{eqnarray*}}
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\eeas}{\end{eqnarray*}}
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\bea}{\begin{eqnarray}}
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\eea}{\end{eqnarray}}
+</font>
<font color="black">ewcommand{</font>
<font color="black">n}{</font>
<font color="blue">onumber}
+
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\p}{\partial}
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\dd}[2]{\ds\frac{\p {#1}}{\p{#2}}}
+
+</font>
<font color="blue">ewcommand{\h}{\hspace{1mm}}
+
+\setlength{\textwidth}{6.5in}
+\setlength{\oddsidemargin}{-.25in}
+\setlength{\evensidemargin}{-.25in}
+\setlength{\textheight}{8.5in}
+\setlength{\topmargin}{0in}
+
+
+\setlength{\parskip}{1.2ex}
+\setlength{\parindent}{0mm}
+\begin{document}
+
+
+\section{Proposal for ACC dynamics project }
+\today, MPAS-Ocean Development Team and Geoff Vallis
+
+Here we lay out a plan to investigate the behavior of the ACC and MOC using MPAS-Ocean and POP.  The line of investigation is similar to \cite{Henning_Vallis05jpo,Nikurashin_Vallis11jpo,Nikurashin_Vallis12jpo}, which document the response of the MOC to varying wind stress and diapycnal mixing in an idealized rectangular domain with a reentrant channel.  The MOC strength increases with increasing diapycnal mixing, and decreases with increasing wind stress, and a theoretical model is developed to explain these effects.  Similar studies have evaluated transport as a function of wind stress in a reentrant channel \cite{Hallberg_Gnanadesikan01jpo} and in a realistic Southern Hemisphere ocean model \cite{Hallberg_Gnanadesikan06jpo}.  The later uses resolutions of $1^o$, $1/2^o$, $1/4^o$, $1/6^o$ to investiage eddy saturation, and shows that northward Ekman transport is compensated by southward eddy-induced transport at high resolutions.  Wolfe and Cessi have also studied the dynam
 ics of the ACC and MOC using an idealized rectangular domain with a southern reentrant channel \cite{Wolfe_Cessi09jpo,Wolfe_Cessi10jpo,Wolfe_Cessi11jpo}
+
+{\bf Scientific questions:}
+\begin{enumerate}
+\item Document the variation of MOC strength versus wind stress and diapycnal mixing in a global ocean model with realistic topography.
+\item How do these effects vary for eddying versus non-eddying regimes (i.e.\ eddy saturation)?
+\item How well do the theoretical models of \cite{Nikurashin_Vallis11jpo,Nikurashin_Vallis12jpo} represent a realistic ocean?
+\end{enumerate}
+
+{\bf Model validation questions:}
+\begin{enumerate}
+\item Can a regionally-refined Southern Ocean domain reproduce the relationships found in a global high resolution domain?
+\item To what extent is GM required for the regionally-refined Southern Ocean?
+\item Does the inclusion of z-tilde allow very low diapycnal mixing for this study?
+\item Can a POP Atlantic domain with a reentrant channel answer the scientific questions?
+\item How well do POP and MPAS-Ocean match in their MOC climatology?
+\end{enumerate}
+
+{\bf Simulation specifications for MPAS-Ocean.}  To minimize number of simulations, required parameters are listed, with optional additional parameters in parentheses.
+\begin{enumerate}
+\item Global quasi-uniform resolution: 120km, 30km (60km, 15km)
+\item Global variable resolution, Southern Ocean, transition 30S to 40S, high resolution south of 30S: 30km/120km  (15km/60km)
+\item Global variable resolution, Southern Ocean and Atlantic: (30km/120km, 15km/60km)
+\item Wind stress: Monthly mean NCEP, but multiplied by a factor south of 40S, varying smoothly from 35S to 40S.  Factor values: 0.5, 1, 2 (0.1, 0.2, 5, 10) (See range in Fig. 11a of \cite{Nikurashin_Vallis12jpo})
+\item Vertical tracer diffusion: Richardson config\_bkrd\_vert\_diff = 1e-6, 1e-5, 1e-4 (2e-6, 5e-6, 2e-5, 5e-5, 2e-4, 5e-4).  If desired, we could set config\_rich\_mix = 0.0 to be similar to convective adjustment in \cite{Nikurashin_Vallis11jpo,Nikurashin_Vallis12jpo}.
+\item GM to be added when available.
+\item Other settings may be like those of simulations for paper 1: 
+\subitem initial condition: WOCE T\&amp;S
+\subitem zstar vertical grid (z-tilde later)
+\subitem split explicit time stepping
+\subitem monthly mean restoring to WOCE SST/SSS with 45 day time scale
+\subitem 40 vertical levels, no partial bottom cells (partial bottom cells later)
+\subitem horizontal mixing: del2 varying with grid, del4 with Leith closure
+\subitem third order horizontal flux corrected transport on tracers
+\subitem Jackett \&amp; McDougall EOS
+\end{enumerate}
+
+{\bf Simulation specifications for POP.}
+\begin{enumerate}
+\item Atlantic grid with reentrant ACC, 0.1 degree resolution
+\item Wind stress: Monthly mean NCEP, but multiplied by a factor south of 40S, varying smoothly from 35S to 40S.  Factor values: 0.5, 1, 2 (0.1, 0.2, 5, 10) (See range in Fig. 11a of \cite{Nikurashin_Vallis12jpo})
+\item Vertical tracer diffusion: KPP, background vertical diffusion = 1e-6, 1e-5, 1e-4 (2e-6, 5e-6, 2e-5, 5e-5, 2e-4, 5e-4)
+\item Other settings may be like those of \cite{Maltrud_McClean05om}
+\end{enumerate}
+
+{\bf MPAS-Ocean model development requirements:}
+\begin{enumerate}
+\item MOC diagnostic
+\item functioning globally averaged tracers in stats
+\item global horizontal average of tracer column in stats
+\item partial bottom cells
+\item GM 
+\item z-tilde
+\end{enumerate}
+
+{\bf Expected results:}
+\begin{enumerate}
+\item At a minimum, we should be able to produce plots like Fig 13 in \cite{Nikurashin_Vallis11jpo} and Fig 11 in \cite{Nikurashin_Vallis12jpo}.
+\item MOC plots will provide details about the circulation (like Fig 7 of \cite{Hallberg_Gnanadesikan06jpo}).
+\item MOC flow at a particular latitude can be used to compare parameters like wind stress and resolution (like Fig 14 of \cite{Hallberg_Gnanadesikan06jpo}).
+\end{enumerate}
+
+\bibliographystyle{plain}
+\bibliography{acc_dynamics}
+
+\end{document}

</font>
</pre>