Augstein, E.

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ANNALEN DER METEOROLOGIE(Neue Folge)Nr.12Die Meteorologen-Tagungin Garmisch-Partenkirchenvom 13. bis 16. April 1977Offenbach a. M. 1977Selbstverlag des Deutschen WetterdienstesENTWICKLUNG DER OZEANISCHEN GRENZSCHICHTBEI STARKER EINSTRAHLUNG UND GERINGEN WINDGESCHlvINDIGKEITENErnst AugsteinMax-Planck-Institut für Meteorologie, HamburgGRUNDLAGENDie mittlere Amplitude der täg-'lichen Variation der Wasseroberflächen-temperatur in niederen Breiten beträgtnach einer Reihe von Beobachtungen(siehe u.a. Hoeber (1969), Prümm (1976)etwa 0.1 bis 0.2 0 C. Diese geringenWerte sind trotz der starken Absorptionsolarer Strahlung in den oberflächen-nahen Wasserschichten mit einer inten-siven turbulenten Vermischung über15-30 m der Wassersäule zu erklären.Dabei bildet sich eine durchmischteSchicht mit nahezu konstanter vertika-ler Temperaturverteilung aus, die vonden tieferen Bereichen des Ozeans durcheine statisch stabile Thermocline mitausgeprägter Temperaturabnahme (Dichte-zunahme) mit der Tiefe getrennt ist.Zur modellartigen Simulation der durch-mischten Schicht sind bisher zwei Kon-zeptionen üblich. Der eine von Krausund Turner (1967) zuerst eingeführteAnsatz unterstellt, dass die vertikaleVermischung durch die infolge der Ab-kühlung an der Meeresoberfläche beding-te Konvektion und durch die vom Wind-schub erzeugte mechanLsche Turbulenzgesteuert wird. Pollard Rhines undThompson (1973) gehen dagegen davon aus,dass die Entwicklung der durchmischtenSchicht nur durch instabile interneWellen (Kelvin-Helmholtz-Instabilität)an der unteren Dichtediskontinuitätkontrolliert wird. Beide Modelle lie-fern keine zufriedenstellende Simula-tion der während des GATE gemessenenflachen Deckschichten mit Tagesgängender Temperatur von etwa einem GradCelsius bei starker Einstrahlung undschwachen Windgeschwindigkeiten. Demzu-folge wurde eine Erweiterung der vor-liegenden Modelle vorgenommen, die vorallem in folgenden Punkten besteht:a) Die Strahlungsabsorption und der ver-tikale turbulente Wärmefluss werden inden oberen 10 cm der Wassersäule hochaufgelöst.b) Die Energiedissipation in der durch-mischten Schicht und in der Sprung-schicht wird berücksichtigt.c) Die zur Charakterisierung der Kelvin-Helmholtz-Instabilität verwandteRichardsonsche Zahl wird für dieThermocline berechnet mit einer neu-artigen Parametrisierung der Schicht-dicke.d) Die Wirkung der von Kraus undTurner sowie der von Pollard et al an-genommenen Mechanismen werden gleich-zeitig zugelassen.e) Schliesslich wird die Möglichkeitvon Impulstransport im Ozean durch denSeegang in Betracht gezogen.2 ERGEBNISSEMit Hilfe dieser Modellannahmenwird eine recht gute Annäherung derBeobachtungen erreicht. EntscheidendeVerbesserungen gegenüber früheren An-sätzen beruhen vor allem auf unsererDarstellung der Richardson-Zahl undauf der verbesserten Behandlung desWärmeflusses. Die enge Maschenweiteder numerischen Rechnungen nahe derMeeresoberfläche erlaubt es nachzuwei-sen, dass trotz des erheblichen Wärme-verlustes an der Wasseroberfläche derl'1ärmefluss im ~vasser am Tage bereitsbei 5 cm Tiefe abwärts gerichtet seinkann, was zu einer deutlichen Verringe-rung der Vermischung führt. Das damitverbundene Temperaturmaximum kann zurFolge haben, dass die Temperatur un-mittelbar an der Wasseroberfläche umeinige Zehntel Grad Celsius höher istals in der durchmischten Schicht unter-halb von einigen Zentimetern Tiefe.Eine Folge dieses Effektes ist u.a.eine falsche Berechnung des Wärmeaus-tausches zwischen Ozean und Atmosphäreaufgrund konventionell bestimmter Was-sertemperaturen.3 LITERATURVERZEICHNISHoeber ,H. (1969): "~1eteorli-For-schungs Ergebnisse B3, 1-26.Kraus,E.B. and Turner,J.S. (1967):Tellus 19, 98-105.pollard,R.T., Rhines P.B. and ThompsonR.O.R.Y. (1973): Geophysical FluidDynamics 3, 381-404prümrn,' D. (1976): "Meteor"-ForschungsErgebnisse B 11, 78-93- 11 -

Entwicklung der ozeanischen Grenzschicht bei starker Einstrahlung und geringen Windgeschwindigkeiten

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