On the frictionally induced transverse circulation of the Antarctic Circumpolar Current

Summary

The stationary distribution of the transverse and vertical current velocities were computed from the distribution of the down stream velocity component using the eddy viscosity concept.

The cross stream circulation is in good gross agreement with the circulation scheme which can be inferred from the distributions of temperature and salinity. Two significant results are discussed at some detail. First, the Antarctic Polar Front (known also as the Antarctic Convergence) presents itself as a frontal zone where strong downward motion is encountered in the northern portion and equally strong upward motion in the southern portion. A possible interpretation of H. Wexler's [1959] Antarctic Divergence has been given.

Second, some 5–6° north of the Polar Front a narrow zone of ascending motion has been found, the Subantarctic Front. Some evidence for the existence of such a front has been found in several bathythermograph sections across the Antarctic Circumpolar Current south of New Zealand (R. W. Burling [1961]).

Zusammenfassung

Die transversalen (meridionalen) und vertikalen Geschwindigkeitskomponente sind für den Antarktischen Zirkumpolarstrom berechnet worden. Die meridionale Geschwindigkeitskomponente ist als reibungsbedingt angenommen und die zonale Komponente als Funktion von geographischer Breite und der Tiefe geostrophisch für einen Discovery — Schnitt ausgewertet worden, um die meridionalen wie auch vertikalen Komponenten zu berechnen. Grundsätzlich hängt die Bestimmung der Querzirkulation keineswegs von der geostrophischen Bedingung ab. Der benutzte Reibungsansatz bedient sich der Austauschformulierung (Navier-Stokes-Formulierung für turbulente Bewegungsfelder) im Gegensatz zum Ansatz von K. Wyrtki [1960], der ein lineares Reibungsgesetz (nämlich proportional zur Geschwindigkeit) im Ozean und den Winddruck an der Grenzfläche in Betracht gezogen hatte. Die physikalischen Werte für den vertikalen und horizontalen Austausch sind so gewählt, daß in beiden Fällen etwa der gleiche Reibungseffekt erzielt wird. Unter den gemachten Voraussetzungen ergibt sich für den stationären Fall das folgende Bild der Querzirkulation.

Die Antarktische Polar-Front besteht aus einer relativ engen Zone gegenläufiger vertikaler Bewegungen; auf der Nordseite der Front haben wir es mit den wohlbekannten Absteigbewegungen zu tun, während auf der Südseite starke aufsteigende Bewegungen errechnet worden sind. Diese Vertikalbewegungen pflanzen sich bis in die größten Tiefen fort, was die von G. E. R. Deacon [1937a] besonders hervorgehobene Tatsache erklären könnte, nämlich die ausgesprochenen Temperaturunterschiede in einer Tiefe von 2500 Metern nördlich und südlich der Polar-Front. Die Temperaturbedingungen in 2000 Meter Tiefe sind in diesem Zusammenhang etwas näher ausgeführt.

Etwa 5 bis 6° Breite nördlich der Polar-Front hat sich eine weitere Zone aufsteigender Geschwindigkeiten eingestellt, deren Erklärung einige Schwierigkeiten bietet. Dieser Zone haben wir provisorisch den Namen Subantarktische Front gegeben, da es nicht unwahrscheinlich erscheint, daß wir es hier mit einem permanenten Phänomen zu tun haben, das mit der Dynamik des Zirkumpolarstromes verknüpft ist und auf das Burling [1961] auf Grund von Bathythermograph-Schnitten zwischen New Zealand und den Balleny-Inseln hingewiesen hat.

Schließlich ist eine neue Interpretation von Wexlers [1959] Antarktischer Divergenz gegeben worden. Diese scheint in enger Beziehung zu den starken Auftriebsbewegungen an der Südseite der Antarktischen Polar-Front zu stehen.

Résumé

On dérive de la distribution de la composante de la vitesse descendante la distribution stationnaire des vitesses transversales et verticales de courant en se servant du concept de la viscosité tourbillonnaire.

La circulation transversale du courant s'accorde à grande vue bien avec le modèle de la circulation qui se laisse dériver de la distribution de la température et de la salinité. Deux résultats caractéristiques sont exposés en détail. D'abord, le Front Antarctique Polaire (connu sous le terme de la Convergence Antarctique) se manifeste comme zone frontale où l'on rencontre un fort mouvement descendant dans la partie septentrionale et un mouvement ascendant d'égale force dans la partie méridionale. Une des interprétations possibles de la Divergence Antarctique d'après H. Wexler [1959] est donnée.

Puis, on trouve, à 5–6° environ au nord du Front Polaire, une zone étroite de mouvement ascendant (nommée provisoirement Front Subantarctique). Plusieurs sections bathythermographiques établies au delà du Courant Antarctique Circumpolaire au sud de la Nouvelle-Zélande semblent prouver l'existence d'un tel front (R. W. Burling [1961]).