The Antarctic Circumpolar Current and the Antarctic Polar Front

Summary

A Sverdrup-type solution of the Circumpolar Current is constructed. It explains the southward shift of the current, but requires that the current is situated completely to the south of the maximal westerlies. The observations show, however, that winds and current almost coincide and that both, the wind belt and the current, show a shift to the south. A frictional model is used, which overcomes this discrepancy and allows the calculation of the transverse circulation of the current in full detail. The transverse circulation under different wind conditions is calculated and discussed and shows a strong dependence of the distribution and intensity of the various divergences and convergences on the wind. A new interpretation of the Antarctic Polar Front is given. It is regarded as a convergent or divergent phenomenon according to the wind conditions.

Zusammenfassung

Obwohl ein ziemlich umfassendes Beobachtungsmaterial über den antarktischen Zirkumpolarstrom vorliegt, konnte er bisher nicht befriedigend theoretisch erklärt werden. Der Strom wurde stets als rein zonal aufgefaßt, bis Stommel zeigen konnte, daß die aus Südamerika und der Drake-Passage gebildete östliche Begrenzung die Anwendung von Sverdrups Theorie gestattet. Eine solche Lösung wird konstruiert und diskutiert; sie erklärt die Verlagerung des Stromes nach Süden, verlangt aber, daß der Strom vollständig südlich des Maximums der Westwinde liegt. Um diese Frage zu prüfen, wird die Position des Stromes nach dynamischen Berechnungen von Kort mit der Position derstärksten Westwinde nach H.W exler und der Position derantarktischen Konvergenz rund um den antarktischen Kontinent verglichen. Es ergibt sich, daß der Windgürtel mit dem Strom nahezu zusammenfällt und daß die antarktische Konvergenz etwas südlich des Zentrums der Strömung liegt. Daraus muß geschlossen werden, daß eine Lösung ausschließlich nach Sverdrups Theorie auf den Zirkumpolarstrom nicht anwendbar ist. Von wesentlicher Bedeutung ist jedoch die Feststellung, daß nicht nur der Strom, sondern auch der Westwindgürtel eine Verlagerung nach Swährend ihres Fortschreitens nach Eerfahren, eine Tatsache, die bisher unbeachtet geblieben ist.

Unter Berücksichtigung dieser Beobachtungsergebnisse wird eine Lösung für den Zirkumpolarstrom ermittelt, in der auch die Reibung berücksichtigt wird. In dieser Lösung fallen Strom und Westwindgürtel zusammen. Die Berücksichtigung der Reibung gestattet aber auch die Ermittlung der meridionalen und vertikalen Geschwindigkeiten in einem Schnitt senkrecht zur Richtung der Hauptströmung. Es kann gezeigt werden, daß die zonale Hauptströmung nahezu geostrophisch ist, während die Reibung eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung der Querzirkulation spielt. Die Querzirkulation wird am Beispiel eines Discovery-Schnittes von Australien nach dem antarktischen Kontinent diskutiert und zeigt vollständige Übereinstimmung mit den aus der Wassermassenanalyse gewonnenen Vorstellungen.

Da die Querzirkulation maßgeblich von der Windverteilung beeinflußt wird, wird diese für drei verschiedene Windverteilungen ermittelt. Dabei zeigt sich, daß die Lage der verschiedenen Konvergenzen und Divergenzen an der Oberfläche wesentlich von der Windverteilung bestimmt ist. Da entlang der Wasserartengrenze zwischen antarktischem und subantarktischem Oberflächenwasser die Bewegungen je nach den Windverhältnissen konvergent oder divergent sind, ist es nicht mehr zulässig, diese Linie als antarktische Konvergenz zu bezeichnen, und der Name antarktische Polarfront wird eingeführt.

Bei schwach ausgeprägten Westwinden überwiegt die durch die Reibung bedingte Querzirkulation nahe dem Hauptstromstrich und führt zu einer leichten südwärts gerichteten Komponente der Strömung an der Oberfläche. Damit entsteht eine Divergenz an der linken Flanke und eine Konvergenz an der rechten Flanke des Stromes und die Zirkulation entspricht der von Sverdrup gegebenen Interpretation der Polarfront. Bei starken Westwinden in einer relativ nördlichen Position sind die Bewegungen südlich des Westwindgürtels und damit im Bereich der Polarfront divergent, ein Fall, der von Wexler beschrieben wurde und ihn zu einer Interpretation der Polarfront als divergentes Phänomen veranlaßte. Sind hingegen starke Westwinde in einer relativ südlichen Position vorhanden, so ist die Wasserbewegung nahe der Polarfront konvergent und die Bewegung des Tiefenwassers nach S besonders stark, ein Fall, wie ihn G.E.R. Deacon bei seiner Interpretation der Polarfront im Auge hat. Diese Behandlung der Querzirkulation im Bereich des antarktischen Zirkumpolarstromes unter verschiedenen Windverhältnissen ist damit geeignet, die unterschiedlichen Interpretationen der Polarfront, die als Spezialfälle ihre volle Gültigkeit behalten, zu einem gemeinsamen Bild zu vereinen.

Résumé

A l'aide de la théorie de Sverdrup on construit une solution du problème posé par le courant circumpolaire. Cette construction explique le déplacement vers le sud du courant, mais elle exige que le courant soit situé complètement au sud du maximum des vents d'ouest. Les observations nous montrent, cependant, que les vents et le courant coïncident à peu près et que tous les deux sont déplacés vers le sud. On se sert d'un modèle de friction qui fait évanouir cette discordance et permet de calculer en détail la circulation transversale du courant. Puis on calcule et discute la circulation transversale en fonction de diverses conditions du vent et on voit que la distribution et l'intensité des diverses divergences et convergences dépendent fortement du vent. Le front antarctique polaire ainsi reçoit une nouvelle interprétation qui permet de le considérer comme phénomène convergent ou divergent suivant les conditions du vent.