<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
<HTML><HEAD>
<META http-equiv=Content-Type content="text/html; charset=iso-8859-1">
<META content="MSHTML 6.00.6000.16825" name=GENERATOR>
<STYLE></STYLE>
</HEAD>
<BODY bgColor=#ffffff background="">
<DIV><FONT face=Arial size=2>Marine Ecology<BR>Volume 30 Issue 2, Pages 133 - 
150<BR>Published Online: 21 Apr 2009<BR></FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2><FONT size=4>Turbulence-plankton interactions: a 
new cartoon</FONT><BR>Peter A. Jumars 1 , John H. Trowbridge 2 , Emmanuel Boss 1 
&amp; Lee Karp-Boss 1&nbsp;<BR> 1 School of Marine Sciences, University of 
Maine, Orono, ME, USA&nbsp;<BR> 2 Applied Ocean Physics &amp; Engineering 
Department, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA, USA 
<BR>Correspondence to Peter A. Jumars, Darling Marine Center, University of 
Maine, 193 Clark's Cove Road, Walpole, ME 04573, USA. E-mail: 
jumars@maine.edu<BR>&nbsp; <BR><BR><STRONG>ABSTRACT</STRONG><BR>Climate change 
redistributes turbulence in both space and time, adding urgency to understanding 
of turbulence effects. Many analytic and analog models used to simulate and 
assess effects of turbulence on plankton rely on simple Couette flow. There 
shear rates are constant and spatially uniform, and hence so is vorticity. Over 
the last decade, however, turbulence research within fluid dynamics has focused 
on the structure of dissipative vortices in space and time. Vorticity gradients, 
finite net diffusion of vorticity and small radii of curvature of streamlines 
are ubiquitous features of turbulent vortices at dissipation scales but are 
explicitly excluded from simple, steady Couette flows. All of these flow 
components contribute instabilities that cause rotation of particles and so are 
important to simulate in future laboratory devices designed to assess effects of 
turbulence on nutrient uptake, particle coagulation, motility and predator-prey 
encounter in the plankton. The Burgers vortex retains these signature features 
of turbulence and provides a simplified "cartoon" of vortex structure and 
dynamics that nevertheless obeys the Navier-Stokes equations. Moreover, this 
idealization closely resembles many dissipative vortices observed in both the 
laboratory and the field as well as in direct numerical simulations of 
turbulence. It is simple enough to allow both simulation in numerical models and 
fabrication of analog devices that selectively reproduce its features. Exercise 
of such numerical and analog models promises additional insights into mechanisms 
of turbulence effects on passive trajectories and local accumulations of both 
living and nonliving particles, into solute exchange with living and nonliving 
particles and into more subtle influences on sensory processes and swimming 
trajectories of plankton, including demersal organisms and settling larvae in 
turbulent bottom boundary layers. The literature on biological consequences of 
vortical turbulence has focused primarily on the smallest, Kolmogorov-scale 
vortices of length scale &#951;. Theoretical dissipation spectra and direct numerical 
simulation, however, indicate that typical dissipative vortices with radii of 7&#951; 
to 8&#951;, peak azimuthal speeds of order 1 cm s&#8722;1 and lifetimes of order 10 s or 
longer (and much longer for moderate pelagic turbulence intensities) deserve new 
attention in studies of biological effects of 
turbulence.</FONT></DIV></BODY></HTML>