Wasserdampfschichtung über dem Meer und „Rauhigkeit” der Meeresoberfläche

Zusammenfassung

Es werden die Schwierigkeiten erörtert, die der Anwendung derPrandtlschen Mischungswegtheorie auf das Problem der maritimen Verdunstung und der Windreibung an der Meeresoberfläche entgegenstehen. Sie sind bedingt einerseits durch die Windabhängigkeit der Oberflächenform des Meeres, andererseits durch die meistens herrschende nichtadiabatische Temperaturschichtung, für die diePrandtlschen Gleichungen und alle aus ihnen abgeleiteten nicht gelten.

Es wird der Einfluß der vertikalen Temperaturschichtung auf den Verdunstungskoeffizienten gezeigt und auf die Fälschungen hingewiesen, die entstehen können, wenn man den hydrodynamischen Charakter der Meeresoberfläche untersucht, ohne die Temperaturschichtung zu beachten.

Aus 164 Vertikalprofilen der Wasserdampfschichtung über dem Meer (Ostsee, Atlantik, Pazifik), die veröffentlicht vorliegen, wird die Abhängigkeit des Verdunstungskoeffizienten von der Windgeschwindigkeit und von der vertikalen Temperaturschichtung untersucht, und es werden adiabatische Werte des Verdunstungskoeffizienten abgeleitet. Diese nehmen mit der Windgeschwindigkeit zu von Werten, die etwa hydrodynamisch glatten Grenzflächen bei kleinen Windgeschwindigkeiten entsprechen, bis zu solchen über einer rauhen Fläche, deren Rauhigkeitsparameter mit der Windstärke wächst. Eine kritische Windgeschwindigkeit wird nicht beobachtet; der Übergang zu größerer Rauhigkeit scheint stetig vor sich zu gehen. Ergebnisse anderer Autoren werden diskutiert.

Summary

Difficulties in applyingPrandtls mixing length theory to the problem of maritime evaporation and of wind friction at the surface of the ocean are discussed. They are due, on the one hand, to the surface form of the ocean being dependent on the wind and on the other hand to the prevailing non-adiabatic temperature distribution for whichPrandtls equations and all those derived from them are not valid. The influence of the vertical temperature distribution on the evaporation coefficient is shown and the errors are indicated likely to arise if the hydrodynamic character of the surface of the ocean is studied without taking account of the temperature distribution. On the basis of 164 vertical profiles of the water vapor distribution above the ocean (Baltic Sea, Atlantic, Pacific) taken from publications the dependence of the evaporation coefficient on wind velocity and vertical temperature distribution is examined. Furthermore adiabatic values of the evaporation coefficient are deduced. These are shown to increase with the wind velocity from values corresponding to a hydrodynamically smooth boundary surface in case of small wind velocities to such occurring over a rough surface the roughness parameter of which is growing with the wind velocity. No critical wind velocity can be observed; the transition to greater roughness seems to be steady. Results found by other authors are discussed.

Résumé

L'auteur mentionne les difficultés que rencontre l'application de la théorie du parcours de mélange dePrandtl au problème de l'évaporation marine et du frottement du vent à la surface de la mer. Ces difficultés sont conditionnées d'une part par l'effet de la forme de la surface liquide sur le vent et d'autre part par la stratification thermique de l'air, en général non adiabatique, et pour laquelle les équations dePrandtl et toutes celles qu'on en déduit ne sont pas valables.

On montre l'influence de la stratification thermique verticale sur la valeur du coefficient d'évaporation et les erreurs pouvant se produire lorsqu'on étudie le caractère hydrodynamique de la surface de la mer sans considérer la stratification thermique.

164 profils verticaux de la teneur en vapeur d'eau au-dessus de la mer (Mer Baltique, océans Atlantique et Pacifique) permettent d'étudier le coefficient d'évaporation en fonction de la vitesse du vent et de la stratification thermique; on en déduit des valeurs adiabatiques de ce coefficient. Ces valeurs croissent avec la vitesse du vent en partant du cas d'une surface liquide unie jusqu'à celui d'une surface rugueuse et dont le paramètre de rugosité croît avec le vent. On n'observe pas de vitesse critique du vent, le passage à de plus fortes rugosités paraissant se faire d'une manière continue. Discussion de résultats d'autres auteurs.