Water transport and mixing in the North Frisian Wadden Sea — Results of numerical investigations

Summary

A three-dimensional baroclinic circulation model and a Lagrangian dispersion model are presented which were used to compute water transports and mixing times in sub-areas of the North Frisian Wadden Sea. Both models were used to simulate tide-induced water motions forced by the principal lunar semidiurnal tide M₂, and two selected periods taking into account current meteorological and thermodynamic conditions. Wind speeds were low during the simulation period in summer 1994, while gale-force winds prevailed during the winter 1994 simulation period. The circulation model was used for determining water transports across selected transects in the Wadden Sea. For sub-areas of the Wadden Sea, flushing times were computed on the basis of water transports and volumes of the sub-areas. For a first rough estimate, turnover times were derived from a fixed percentage of the tidal prism. More precise data for the turnover times were determined by means of the dispersion model. When comparing the mixing times computed by different methods, only partial correspondence was found. Parameterization of the turnover time by means of the tidal prism was found to produce some unrealistic results. The turnover times computed with the dispersion model for the summer period ranged between 1 and 7 tidal periods in most sub-areas of the North Frisian Wadden Sea. During the simulation period in winter, both water transports and turnover times deviated substantially from the data of the other case studies.

Zusammenfassung

Für das nordfriesische Wattenmeer werden ein dreidimensionales baroklines Strömungsmodell sowie ein Lagrange’sches Ausbreitungsmodell vorgestellt, mit denen Wassertransporte und Austauschzeiten in Teilgebieten des Wattenmeeres berechnet wurden. Mit beiden Modellen wurden gezeitenbedingte BewegungsvorgÄnge resultierend aus der Anregung durch die halbtÄgige Hauptmondtide M₂ sowie zwei ZeitrÄume unter Berücksichtigung realer meteorologischer und thermodynamischer Bedingungen simuliert. WÄhrend des Zeitraums im Sommer 1994 traten nur geringe Windgeschwindigkeiten auf, dagegen herrschten wÄhrend des Simulationszeitraums im Winter 1994 stürmische Winde vor. Mit dem Strömungs-modell wurden Wassertransporte über ausgewÄhlte Querschnitte im Wattenmeer bestimmt. Für Teilgebiete des Wattenmeeres wurden aus Wassertransporten und -volumina der Gebiete Flushing-Zeiten berechnet und, für eine erste grobe SchÄtzung, Turnover-Zeiten aus einem festen Prozentsatz des Tidal-Prismas abgeleitet. Genauere Angaben für Turnover-Zeiten konnten mit dem Ausbreitungsmodell bestimmt werden. Beim Vergleich der auf unterschiedliche Art und Weise berechneten Austauschzeiten zeigten sich nur teilweise übereinstimmungen. Hierbei stellte sich heraus, da\ die Parametrisierung der Turnover-Zeit mit Hilfe des Tidal-Prismas teilweise unrealistische Ergebnisse lieferte. Die mit dem Ausbreitungsmodell für die Sommerperiode berechneten Turnover-Zeiten liegen in den meisten Teilgebieten des Nordfriesischen Wattenmeeres zwischen 1 und 7 Tideperioden. WÄhrend des Simulationszeitraums im Winter traten sowohl bei den Wassertransporten als auch bei den Turnover-Zeiten starke Abweichungen von den Werten der andern Fallstudien auf.