The effect of a front on the general circulation—A model study of the Rhine plume area

Summary

Results obtained with a three dimensional baroclinic shelf sea model of the southern North Sea are compared with observations from a Rhodamine experiment near the Rhine mouth. For this purpose a transport model advecting conservative passive tracers according to the velocities calculated by the North Sea circulation model and adding a Monte Carlo diffusion is employed. Three different cases are simulated, namely a barotropic one, one prescribing dynamically balanced climatological monthly mean salinity distributions and one treating salinity fully prognostically including the source terms, i.e. accounting for river run off.

For the first few days of the Rhodamine experiment the currents calculated in the first two cases were oppositely directed to the fully prognostic run, with the latter in agreement with the observations. This suggests that in the specific situation of the experiment baroclinic pressure must have been dominant over barotropic pressure. Also, quite an effective self-advection of the fresh river water could be found in the simulations.

From the good simulation of the general circulation in the investigated area it is concluded that the front extending 15 to 50 km across the isohalines is responsible for the main impact on the mean circulation. The effect of the frequently observed meandering of the front due to instabilities on scales smaller than 10 km is apparantly parameterized correctly.

Zusammenfassung

Die Ergebnisse eines dreidimensionalen, baroklinen Schelfmodells der südlichen Nordsee werden mit Beobachtungen aus einem Rhodamin-Experiment an der Rheinmündung verglichen. Hierzu wird ein Transportmodell verwendet, das konservative, passive Tracer mittels der im Nordsee-Zirkulationsmodell berechneten Geschwindigkeiten advehiert und eine Monte-Carlo-Diffusion hinzuaddiert. Drei verschiedene Fälle wurden simuliert, nämlich erstens ein barotroper Modellauf, zweitens ein barokliner Modellauf unter Vorgabe dynamisch balancierter klimatologischer Mittelwerte für den Salzgehalt und schließlich ein Modellauf mit voll prognostischer Berechnung des Salzgehaltes unter Einbeziehung der Quellen, d. h. der Flüsse.

In den ersten Tagen des Rhodaminexperiments waren die berechneten Strömungen der beiden ersten Fälle denen aus dem prognostischen Lauf entgegengesetzt, wobei der letztere mit den Beobachtungen übereinstimmte. Das weist darauf hin, daß in dieser speziellen Situation der barokline Druck den barotropen dominiert haben muß. Außerdem konnte eine recht effektive Selbstadvektion des Frischwassers aus dem Rhein festgestellt werden.

Aus der guten Simulation der generellen Zirkulation im untersuchten Gebiet wird die Schlußfolgerung gezogen, daß die Front mit ihrer Ausdehnung von etwa 15 bis 20 km quer zu den Isohalinen den Haupteinfluß auf die mittlere Zirkulation darstellt. Die Auswirkungen der häufig beobachteten Mäander in der Front aufgrund von Instabilitäten auf der Skala unterhalb von 10 km werden offenbar angemessen parameterisiert.