Zusammenfassung
Die Jahresschwankung der Wassertemperatur ist das herausragende periodische Signal bei der Untersuchung langer Reihen aus der Nordsee. Anhand der harmonischen Analyse der bekannten 50jährigen monatlichen Mittelwerte für verschiedene Tiefenhorizonte und der Analyse 10jähriger wöchentlicher SST-Karten der Nordsee werden die Unterschiede der Jahresschwankung zwischen der Deck- und der Bodenschicht diskutiert. Es wird gezeigt, daß die Erklärung für die ungewöhnliche Amplitudenverteilung nicht in dem häufig verwendeten, ungenauen Begriff „zunehmender Kontinentalität” gefunden werden kann. Dazu werden die unter Anwendung einfacher Bulkformeln ermittelten turbulenten Wärmestromkomponenten sowie die mit einem Strahlungsmodell bestimmte lang- und kurzwellige Strahlungsbilanz herangezogen.
Als ein bedeutsames Ergebnis für die Massen- und Salzbilanz der Nordsee ergeben sich erste Abschätzungen des atmosphärischen Wasserumsatzes mit der Aussage, daß im Winterhalbjahr der Wasserumsatz in der westlichen Nordsee negativ ist. Daraus folgt eine Salzgehaltszunahme an der Oberfläche, die zu einer Verstärkung der winterlichen Konvektion führt. Die Salzgehaltszunahme täuscht zudem eine stärkere Advektion atlantischen Wassers in die Nordsee vor. Die positive Bilanz des Wasserumsatzes in den Sommermonaten unterstützt und stabilisiert vertikale Dichtegradienten und hemmt den turbulenten Vertikalaustausch.
Mit der Hilfe eines einfachen, lokalen Sprungschichtmodells wird gezeigt, daß in überwiegenden Teilen der Nordsee die lokale Netto-Wärmestromdichte den Jahresgang der Temperatur der Wassersäule und deren Schichtung bilanziert. Ausgenommen davon sind die Gebiete mit advektivem Wärmestrom.
Aus der Abschätzung des Jahresganges des Wärmeinhalts der Nordsee und der Bilanz des Netto-Wärmestroms an der Grenzfläche Wasser — Luft ergibt sich die qualitative Aussage, daß die Nordsee im Jahresmittel Energie an die Atmosphäre abgibt. Mit neueren Zahlen für die Advektion der Nordsee wird nachgewiesen, daß advektive Wärmeströme im tiefen Wasser der Norwegischen Rinne, aus dem Englischen Kanal und aus dem Nordatlantik das Wärmedefizit der Nordsee ersetzen.
Summary
The annual fluctuation of the water temperature is the predominant periodic signal in long observation series from the North Sea. On the basis of harmonic analysis of the familiar 50-year monthly mean values for various depth horizons and of 10-year weekly SST charts of the North Sea the differences in the annual fluctuation between the surface layer and the bottom layer are discussed. It is shown that an explanation for the noticeable amplitude distribution cannot be found in the frequently used, inexact expression “increasing continentality”. For this purpose, the turbulent heat flux components determined by applying bulk formulae are used, as well as the long-wave and short-wave radiation budget determined with the help of a radiation model.
As a significant result for the mass and salinity balance of the North Sea, a first estimate of the atmospheric water exchange leads to the statement that in the winter period the water exchange in the western North Sea is negative. From this results an increase in surface salinity, which leads to an increase in convection at this time of the year. Moreover, the increase in salinity gives the impression of a more intensive advection of Atlantic water into the North Sea. The positive balance of the water exchange in the summer months supports the development of vertical density gradients and stabilizes these gradients, as well as inhibiting the turbulent vertical exchange.
With the help of a simple local thermocline model it is shown that the local net heat exchange balances the annual fluctuation of the temperature of the water column and its stratification in the greater part of the North Sea. Exceptions are the areas with advective heat transport.
From the estimate of the annual fluctuation of the heat content of the North Sea and the balance of the net heat flux at the air — sea interface results the qualitative statement that the North Sea releases energy into the atmosphere on an annual average. It is shown by means of new figures for the advection of the North Sea that advective heat transports in the deep waters of the Norwegian Deep, from the English Channel and from the North Atlantic compensate for the heat deficit of the North Sea.
Résumé
La variation annuelle de la température de l'eau est le signal périodique prédominant de longues séries d'observations en Mer du Nord. L'auteur analyse les différences que présentent les variations annuelles entre la couche de surface et la couche de fond en partant de l'analyse harmonique des moyennes mensuelles de la température à diverses profondeurs pendant 50 ans et des cartes hebdomadaires de température de surface en Mer du Nord pour une période de dix ans. On montre que la répartition remarquable des amplitudes ne peut être expliquée par la notion fréquemment utilisée et inexacte de «Continentalité croissante». Pour cela, on se sert des composants turbulents du flux de chaleur déterminés en appliquant des formules «bulk» simples ainsi que du bilan de rayonnement à longues et courtes longueurs d'ondes défini à l'aide d'un modèle de rayonnement.
Une première estimation des échanges d'eau de l'atmosphère, qui se présente comme un résultat significatif du bilan de salinité et des masses, conduit à affirmer que l'échange d'eau en Mer du Nord occidentale est négatif en période hivernale. Il s'ensuit une augmentation de la salinité en surface, laquelle entraîne une hausse de la convection à cette époque de l'année. De plus, l'augmentation de la salinité donne l'impression d'une advection plus intensive de l'eau de l'Atlantique en Mer du Nord. Le bilan positif des échanges d'eau durant les mois d'été entretient le développement de gradients de densité verticaux et stabilise ces gradients, tout en empêchant l'échange turbulent vertical.
On montre à l'aide d'un modèle simple de thermocline locale que l'échange local net de chaleur équilibre les variations annuelles de température de la colonne d'eau et de sa stratification dans la plus grande partie de la Mer du Nord. Font exception les domaines de transport advectif de chaleur.
De l'estimation des variations annuelles de chaleur de la Mer du Nord et du bilan du flux net de chaleur à l'interface air-mer, résulte l'affirmation qualitative que, en moyenne annuelle, la Mer du Nord cède de l'énergie à l'atmosphère. De nouveaux chiffres pour l'advection en Mer du Nord montrent que les transports advectifs de chaleur dans les eaux profondes de la fosse norvégienne, de la Manche et de l'Atlantique Nord compensent le déficit thermique de la Mer du Nord.
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Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften im Fachbereich Geowissenschaften der Universität Hamburg.
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Becker, G.A. Beiträge zur Hydrographie und Wärmebilanz der Nordsee. Deutsche Hydrographische Zeitschrift 34, 167–262 (1981). https://doi.org/10.1007/BF02225959
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