M2 Windgetriebene Zirkulation

Thema

Die Oberflächenzirkulation der Ozeane wird vom Wind dominiert, der eine Zugkraft auf die Meeresoberfläche ausübt, die als Windspannung bekannt ist. Genau diese Spannung setzt die großen subtropischen und subpolaren Wirbel in Bewegung, die die Zirkulation aller Ozeane bestimmen.

Sverdrups Theorie verknüpft das vertikale Pumpen nach Ekman, das auftritt, wenn der Ekman-Transport an der Oberfläche divergiert oder konvergiert, mit der Vortizität, die das Windfeld selbst dem Ozean verleiht. Diese Beziehung bedeutet, dass der meridionale Wassertransport im Ozean vollständig durch die Windvortizität bestimmt wird, ohne dass Kenntnisse über die Schichtung des Wassers erforderlich sind.

Die Verstärkung der Weststromströmungen – Golfstrom, Kuroshio-Strom, Brasilstrom, Agulhasstrom und Falklandstrom – ist eine direkte Folge der Variation des Coriolis-Parameters mit dem Breitengrad. Diese Variation führt dazu, dass die Sverdrup-Lösung die Bedingung der Westküste jedes Ozeanbeckens nicht erfüllen kann, ohne auf eine intensive und schmale Westströmung zurückzugreifen, die den Wirbel schließt.

Der Antarktische Zirkumpolarstrom ist die einzige große Meeresströmung, die den gesamten Planeten umrundet, ohne dass Kontinente ihren Weg behindern. Das Fehlen dieser kontinentalen Barrieren und der ständige Druck der Westwinde verhindern, dass sich diese Strömung zu einem Sverdrup-Wirbel schließt, wie es bei den zuvor beschriebenen subtropischen Wirbeln der Fall ist.

Das erwartete Verhalten all dieser Wirbel umfasst erstens große antizyklonale subtropische Wirbel, die sich auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn drehen und zusammen zwischen 30 und 100 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde transportieren. Dieser Wassertransport ist sehr ungleichmäßig verteilt: Zwischen einer schmalen, schnell fließenden westlichen Randströmung von kaum 100 Kilometern Breite mit Geschwindigkeiten zwischen 1 und 2 Metern pro Sekunde und einer deutlich langsameren und breiteren inneren Rückströmung von etwa 1000 Kilometern Breite mit Geschwindigkeiten von nur einem Hundertstel bis einem Zehntel Meter pro Sekunde. Genau diese Ekman-Pumpwirkung bewirkt, dass Wasser im Zentrum dieser antizyklonalen Wirbel mit einer Geschwindigkeit von nur einem Millionstel Meter pro Sekunde absinkt, während dieselbe Pumpwirkung in den Breiten, in denen sich die subpolaren zyklonalen Wirbel befinden, Auftrieb erzeugt.

So bewirkt der Wind, ausgehend von der Windspannung, mit der dieses Dokument beginnt, bis zum subpolaren Auftrieb, mit dem es endet, über das Sverdrup-Gleichgewicht, die Verstärkung der westlichen Randströmungen und die antarktische Zirkumpolarströmung, die diesem Gleichgewicht entgeht, dass die Oberflächenzirkulation des Ozeans in einer Hierarchie von schnellen und schmalen Wirbeln entlang der Küsten und langsamen und breiten Wirbeln im Inneren jedes Beckens organisiert ist.

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