Summary
In the period from May 1980 until the end of January 1981, an experiment was carried out in the shallow-water area of the West African Shelf off Saint Louis.
During the investigation the seasonal variation of currents was observed, the current phenomena then being characterized by various intensities and flow directions. The most important period is that from December to May, when the currents are emphatically affected by trade-winds. Characteristic for this period are the southward flow direction and high velocities from the range of 15 to 33 cm/s.
Strong turbulence anisotropy occurs in the zone under consideration. The values of the turbulence intensity in most cases exceed unity, it is thus impossible to apply Taylor's hypothesis of „frozen turbulence”. The exchange coefficients, calculated by means of the Lettau-Ertel method, are in general comprised in the range of 105 to 106 cm2/s. The ellipses of momentum horizontal exchange, related to the directions of extreme exchange, are characterized by anisotropy, where the parameter (p=a/b) (a, b are ellipse axes) ranges from 3 (at 1 km from the shore) to 2 (at 3 km from the shore), withp=2.5 at 2 km from the shore.
The current spectral analysis has indicated the domination of the oscillations with the semi-diurnal tidal period. Moreover, there occur maxima related to the diurnal tide, also the maxima with the period of 54, 44 to 41, 21 and 17 hours. The water-level harmonic analysis has indicated the occurrence in this region of the tide of semi-diurnal, regular type. On the other hand, the currents there are of semi-diurnal, irregular type. The mean value of the amplitudes of the semi-diurnal tidal currents are diversified, as for the periods chosen the value of 2 (M2+S2) ranges from 2.1 to 5.4 cm/s, whereas for the whole measuring period these amplitudes are somewhat smaller. The shift of the tidal current maximum with respect to the sea-level maximum in the coastal zone is slight, ranging from 0.2 to 0.7 h before high water.
Zusammenfassung
In der Zeit von Mai 1980 bis Ende Januar 1981 wurde im Flachwasserbereich des westafrikanischen Schelfes vor Saint Louis ein Experiment zur Untersuchung der jahreszeitlichen Veränderlichkeit der Strömungen durchgeführt.
Die Strömungen ließen sich durch unterschiedliche Intensitäten und Richtungen charakterisieren. Die wichtigste Periode liegt zwischen Dezember und Mai, wenn die Passatwinde die Strömungen deutlich beeinflussen. Charakteristisch für diese Zeit ist eine südliche Strömungsrichtung und große Geschwindigkeiten im Bereich von 15 bis 33 cm/s.
Starke Turbulenz-Anisotropie tritt im Beobachtungsgebiet auf. In den meisten Fällen sind die Werte der TurbulenzintensitätI u,I v>1. Daher kann die Taylor-Hypothese der „eingefrorenen” Turbulenz nicht verwendet werden. Die Austauschkoeffizienten, die nach der Lettau-Ertel-Methode berechnet sind, liegen im wesentlichen im Bereich von 105 bis 106 cm2/s. Die Ellipsen des horizontalen Impulsaustausches, bezogen auf die Richtungen der Extremwerte, sind durch Anisotropie charakterisiert; wobei die Parameter (p=a/b) (a, b sind die Ellipsenachsen) zwischen 3 (1 km vor der Küste) und 2 (3 km vor der Küste) liegen (p=2,5 bei 2 km vor der Küste).
Die Spektralanalyse der Strömung weist auf halbtägige Gezeitenperioden hin. Außerdem treten Maxima bei der ganztägigen Gezeit auf, sowie bei den Perioden von 54, 44 bis 41, 21 und 17 Stunden. Die harmonische Analyse des Wasserstandes weist auf das Vorkommen einer reinen halbtägigen Gezeit hin, wohingegen die Gezeitenströmungen gemischt halbtägig sind. Die Mittelwerte der Amplituden des halbtägigen Gezeitenstromes sind unterschiedlich, da für die ausgewählten Perioden der Wert von 2 (M2+S2) von 2,1 bis 5,4 cm/s variiert, während für die ganze Meßperiode diese Amplituden etwas kleiner waren. Die Verschiebung des Gezeitenstrommaximums bezüglich des Wasserstandsmaximums in der Küstenzone ist gering. Die Werte liegen zwischen 0,2 bis 0,7 h vor Hochwasser.
Résumé
Afin d'étudier la variabilité saisonnière des courants dans la zone des petits fonds du plateau continental Ouest-africain au large de Saint-Louis une expérience a été menée de mai 1980 à la fin janvier 1981.
Les courants se caractérisent par des variations d'intensité et de direction. La période la plus importante s'étale de décembre à mai quand les alizés influent nettement les courants. Dans cette zone, pendant cette période, la direction Sud et la grande célérité du courant qui va de 15 à 33 cm/s sont caractéristiques.
Une forte anisotropie de turbulence apparaît dans la zone d'observation. Dans la plupart des cas les valeurs de l'intensité de la turbulence sont supérieures à 1. Il est alors impossible d'appliquer la théorie de la turbulence «gelée» de Taylor. Dans cette région, les coefficients d'échanges calculés par la méthode Lettau-Ertel sont en général dans l'intervalle 105 à 106 cm2/s. Les ellipses des échanges de quantité de mouvement horizontale, rapportées aux directions des valeurs extrêmes sont caractérisées par l'anisotropie: ainsi le paramètrep=a/b (a etb étant les axes de l'ellipse) varie de 3 (à 1 km de la côte) à 2 (à 3 km de la côte)p étant égal à 2,5 à environ 2 km de la côte.
L'analyse spectrale du courant laisse apparaître une périodicité liée aux marées semi-diurnes. De plus de maxima se produisent à la période des marées diurnes, ainsi que des maxima aux périodes de 54, 44 à 41, 21 à 17 heures. L'analyse harmonique des hauteurs d'eau a montré l'existence dans cette région, d'une marée de type semi-diurne pur. Tandis que les courants sont de type semi-diurne mixte. Les valeurs moyennes des amplitudes des courants de marée semi-diurnes sont variables: ainsi pour les périodes sélectionnées les valeurs de 2 (M2+S2) varient de 2,1 à 5,4 cm/s tandis que sur toute la période de mesure ces amplitudes étaient légèrement plus faibles. Dans la zone côtière le décalage entre le maximum de courant de marée et le maximum de hauteur d'eau est faible. Les mesures s'étalent de 0,2 à 0,7 h avant la pleine mer.
The author is much indebted to Dr. A. Jankowski and Dr. R. Siwecki from the Institute of Oceanology of the Polish Academy of Sciences in Sopot, for numerous valuable comments and discussions.
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Catewicz, Z. On the variability of currents in the coastal zone of the African Shelf at 16° North. Deutsche Hydrographische Zeitschrift 38, 69–92 (1985). https://doi.org/10.1007/BF02226670
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