The circulation and residence time of the strait of Georgia using a simple mixing‐box approach

Abstract New observations in the Strait of Georgia, British Columbia, Canada show that temperature and dissolved oxygen have a pronounced seasonal cycle, with a spatially varying phase. Phase lags in oscillating systems arise due to internal time scales which can be interpreted in fluid systems as residence times. Exploiting phase we construct a quantitative and internally consistent circulation scheme for this body of water after dividing it into four regions: the Fraser River plume, the surface waters down to 50 m, the intermediate waters down to 200 m, and the deep water. In this scheme the intermediate water, the largest region by volume, is continually renewed, and its characteristics change in response to continuous changes in the characteristics of source waters. The dependence of the estuarine circulation on variations in fresh inflow is weak. The deep water is volumetrically less important, but seasonal changes in the density of oceanic source waters can produce a variation in the overall circulation by driving an additional inflow which leads to both deep renewal and increased upwelling. In turn, this increased upwelling results in lower surface temperatures than might otherwise be expected. Intermediate water residence times are about 160 days. Deep water is renewed once per year in summer and is affected only by vertical diffusion during the rest of the year. Surface water residence times for the entire Strait are a few months at most, but the Fraser River plume has a freshwater residence time of approximately 1 day. In addition, we find that the residence time of oceanic source waters in the Strait is 1.7 years due to a substantial recirculation in Haro Strait. Other consequences of this scheme are consistent with independent estimates of horizontal transports, air‐sea heat fluxes, subsurface oxygen (O2) utilization, and primary production. Finally, analysis of the spatial phase variations suggests that the intermediate inflow enters the Strait as a boundary current along the slopes of the Fraser delta. Résumé [Traduit par la rédaction] De nouvelles observations dans le détroit de Georgie, en Colombie‐Britannique, au Canada, montrent que la température et l'oxygène dissous ont un cycle saisonnier marqué, avec une phase qui varie dans l'espace. Les déphasages dans les systèmes oscillants sont causés par des échelles de temps internes pouvant être interprétées dans les circuits de fluides comme des temps de séjour. À partir de la phase, nous construisons un schéma de circulation quantitatif et intérieurement cohérent pour cette masse d'eau après l'avoir divisée en quatre régions : le panache du fleuve Fraser, les eaux de surfaces jusqu'à 50 m de profondeur, les eaux intermédiaires jusqu'à 200 m et l'eau profonde. Dans ce schéma, l'eau intermédiaire, la région la plus grande de par son volume, est continuellement renouvelée et ses caractéristiques changent en fonction des changements continuels dans les caractéristiques des eaux sources. La circulation estuarienne n'est que faiblement influencée par les variations dans l'apport d'eau douce. L'eau profonde est moins importante au point de vue volumétrique mais les changements saisonniers dans la densité des eaux sources océaniques peuvent causer une variation dans la circulation générale en produisant un afflux d'eau supplémentaire qui entraîne à la fois un renouvellement en profondeur et davantage de remontée d'eau froide. À son tour, cette remontée d'eau froide plus importante fait en sorte que les températures de surface sont plus basses que ce qui aurait été observe autrement. Les temps de séjour de l'eau intermédiaire sont d'environ 160 jours. L'eau profonde est renouvelée une fois par année en été et n'est influencée que par la diffusion verticale pendant le reste de l'année. Les temps de séjour de l'eau de surface pour l'ensemble du détroit sont de quelques mois tout au plus, mais l'eau douce du panache du Fraser a un temps de séjour d'environ 1 jour. De plus, nous trouvons que le temps de séjour des eaux sources océaniques dans le détroit est de 1,7 an, à cause d'une recirculation importante dans le détroit de Haro. Les autres conséquences de ce schéma sont compatibles avec les estimations indépendantes des transports horizontaux, des flux de chaleur air–mer, de l'utilisation de l'oxygène (O2) de subsurface et de la production primaire. Finalement, l'analyse des variations spatiales de la phase suggère que l'afflux d'eau intermédiaire pénètre dans le détroit sous la forme d'un courant de bord le long des pentes du delta du Fraser. Notes Corresponding author's e‐mail: rich@eos.ubc.ca

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