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The Role of Ekman Currents Geostrophy and Stokes Drift in the Accumulation of Floating Microplastic

机译：Ekman洋流地球动力学和斯托克斯漂移在漂浮的微塑性积聚中的作用

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摘要

Floating microplastic in the oceans is known to accumulate in the subtropical ocean gyres, but unclear is still what causes that accumulation. We investigate the role of various physical processes, such as surface Ekman and geostrophic currents, surface Stokes drift, and mesoscale eddy activity, on the global surface distribution of floating microplastic with Lagrangian particle tracking using GlobCurrent and WaveWatch III reanalysis products. Globally, the locations of microplastic accumulation (accumulation zones) are largely determined by the Ekman currents. Simulations of the North Pacific and North Atlantic show that the locations of the modeled accumulation zones using GlobCurrent Total (Ekman+Geostrophic) currents generally agree with observed microplastic distributions in the North Pacific and with the zonal distribution in the North Atlantic. Geostrophic currents and Stokes drift do not contribute to large‐scale microplastic accumulation in the subtropics, but Stokes drift leads to increased microplastic transport to Arctic regions. Since the WaveWatch III Stokes drift and GlobCurrent Ekman current data sets are not independent, combining Stokes drift with the other current components leads to an overestimation of Stokes drift effects and there is therefore a need for independent measurements of the different ocean circulation components. We investigate whether windage would be appropriate as a proxy for Stokes drift but find discrepancies in the modeled direction and magnitude. In the North Pacific, we find that microplastic tends to accumulate in regions of relatively low eddy kinetic energy, indicating low mesoscale eddy activity, but we do not see similar trends in the North Atlantic.
机译：众所周知，海洋中漂浮的微塑性物质会在亚热带海洋回旋中积聚，但仍不清楚是什么原因导致这种积聚。我们使用GlobCurrent和WaveWatch III再分析产品，通过拉格朗日粒子跟踪研究了各种物理过程（例如表面Ekman和地转流，表面斯托克斯漂移和中尺度涡旋活动）在漂浮微塑料的全球表面分布中的作用。在全球范围内，微塑性蓄积的位置（蓄积带）在很大程度上取决于埃克曼潮流。对北太平洋和北大西洋的模拟显示，使用GlobCurrent Total（Ekman + Geostrophic）潮流模拟的聚集区位置通常与北太平洋的微塑性分布和北大西洋的纬向分布一致。在亚热带，地转流和斯托克斯漂移并没有促进大规模的微塑性积累，但是斯托克斯漂移导致了微塑性向北极地区的迁移增加。由于WaveWatch III斯托克斯漂移和GlobCurrent Ekman电流数据集不是独立的，因此将斯托克斯漂移与其他电流分量组合会导致斯托克斯漂移效应的高估，因此需要对不同海洋环流分量进行独立测量。我们调查了风阻是否适合作为斯托克斯漂移的代名词，但在建模的方向和幅度上发现了差异。在北太平洋，我们发现微塑性倾向于在涡流动能相对较低的区域蓄积，这表明中尺度涡流活动较低，但是在北大西洋，我们没有看到类似的趋势。

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