Zusammenfassung
Am geschichteten Meer werden die erzwungenen Schwingungen theoretisch untersucht, die ein an der Oberfläche angreifender Wind hervorruft. Grundsätzlich entsteht an der Oberfläche eine Grenzschicht mit großer Horizontalgeschwindigkeit. Für den Fall, daß ihre Ausdehnung klein gegenüber der inneren Region ist, werden die erzwungenen Schwingungen (Abschnitt 2) analytisch berechnet. Interne Wellen oberhalb der Trägheitsperiode sind klein und auf sehr kleine Wellenzahlen beschränkt. Die physikalische Erläuterung sowie die Tatsache, daß einige spezielle Windfelder keine internen Wellen anregen können, bringt Abschnitt 3, die numerische Lösung für beliebige Frequenzen und Wellenzahlen Abschnitt 4.
Interne Wellen unterhalb der Trägheitsperiode werden hauptsächlich durch die Divergenz des Windfeldes hervorgerufen, solche oberhalb der Trägheitsperiode durch die Rotation des Windfeldes, und es ergeben sich unterschiedliche funktionale Zusammenhänge zwischen Wind und internen Wellen. Die hier vorgelegten Ergebnisse können nur mit Hilfe einer tangential an der Oberfläche angreifenden Kraft erhalten werden und weisen wesentliche Unterschiede gegenüber ähnlichen Ergebnissen auf, die für den Windeinfluß eine Volumenkraft annehmen.
Summary
The model of a stratified ocean is used for a theoretical study of the forced oscillations caused by the wind acting upon the surface. A boundary layer with high horizontal velocity is principally generated at the surface. If it is narrow as compared with the inner region, the forced oscillations (section 2) are computed analytically. Internal waves above the inertia period are small and confined to very small wave numbers. The physical explanation and the fact that special wind fields cannot generate internal waves, are given in section 3; the numerical solution for arbitrary frequences and wave numbers is treated in section 4.
Internal waves below the inertia period are mainly caused by the divergence of the wind field; those above the inertia period by the rotation of the wind field; and different functional connections between the wind and the internal waves are the results. The results presented here can be obtained only by means of a force acting tangentially upon the surface. They differ essentially from similar results based upon the assumption of a volume force for the wind effect.
Résumé
On étudie et on calcule analytiquement (paragraphe 2) pour une mer stratifiée, les oscillations provoquées par un vent s'attaquant à la surface. En principe, il se forme à la surface une couche-limite à grande vitesse horizontale. Les ondes internes au-dessus de la période d'inertie sont petites et se limitent à de très petits nombres d'ondes. Le paragraphe 3 donne l'explication physique et signale le fait que quelques champs de vent spéciaux ne peuvent pas provoquer d'ondes internes; le paragraphe 4 apporte une solution numérique pour des fréquences et des caractéristiques numériques d'ondes quelconques.
Les ondes internes au-dessous de la période d'inertie sont dues principalement à la divergence du champ de vent, celles au-dessus de la période d'inertie, à la rotation de ce champ; et on trouve des rapports fonctionnels distincts entre le vent et les ondes internes. Les résultats exposés ici ne peuvent être obtenus qu'à l'aide d'une force attaquant tangentiellement la surface, ils diffèrent notablement des résultats correspondants obtenus en admettant que l'influence du vent s'exerce sous forme d'une force non tangentielle.
Schrifttum
Campbell, W. J., 1965: The wind-driven circulation of ice and water in a polar ocean. J. geophys. Res.70, 3279.
Charney, J. G., 1955: The generation of oceanic currents by wind. J. mar. Res.14, 477.
Ekman, V. W., 1906: Beiträge zur Theorie der Meeresströmungen 1–4. Ann. Hydrogr. u. marit. Met.34, 423, 472, 527, 566.
Fjeldstad, J. E., 1930: Ein Problem der Windstromtheorie. Z. angew. Math. Mech.10, 121.
Hidaka, K., 1950: Drift currents in an enclosed ocean. 1, 2. Geophys. Notes, Univ. Tokyo3, No 23 u. 38.
Hidaka, K., 1955a: Wind circulation in a two-layer zonal ocean. Jap. J. Geophys.1, No 2, 33.
Hidaka, K., 1955b: Divergence of surface drift currents in terms of wind stresses, with special application to the location of upwelling and sinking. Jap. J. Geophys.1, No 2, 47.
Katz, B., R. Gerard und M. Costin, 1965: Response of dye tracers to sea surface conditions. J. geophys. Res.70, 5505.
Krauß, W., 1965: Theorie des Triftstromes und der virtuellen Reibung im Meer. Dt. hydrogr. Z.18, 193.
Krauß, W., 1966: Methoden und Ergebnisse der Theoretischen Ozeanographie. 2: Interne Wellen. Berlin: Borntraeger.
Lighthill, M. J., 1966: Dynamics of rotating fluids: a survey. J. Fluid Mech.26, 411.
Longuet-Higgins, M. S., 1965: The response of a stratified ocean to stationary or moving wind-systems. Deep-Sea Res.12, 923.
Munk, W. H., 1950: On the wind-driven ocean circulation. J. Met.7, 79.
Neumann, H., 1966: Die Beziehung zwischen Wind und Oberflächenströmung auf Grund von Triftkartenuntersuchungen. Dt. hydrogr. Z.19, 253.
Pedlosky, J., 1965: A study of the time dependent ocean circulation. J. atmos. Sci.22, 267.
Robinson, A. R., 1965: Oceanography. In: Research Frontiers in Fluid Dynamics. New York: Interscience.
Saint-Guily, B., 1964: Problème d'Ekman dans un océan inhomogène—effet d'une thermocline. In: Studies on Oceanography. Tokyo: Geophys. Inst. 15.
Sandström, J. W., 1908: Dynamische Versuche mit Meerwasser. Ann. Hydrogr. u. marit. Met.36, 6.
Stern, M. E., 1966: Interaction of a uniform wind stress with hydrostatic eddies. Deep-Sea Res.13, 193.
Stommel, H., 1948: The westward intensification of wind-driven ocean currents. Trans. Am. geophys. Un.29, 202.
Sverdrup, H. U., 1947: Wind-driven currents in a baroclinic ocean with application to the equatorial currents of the eastern Pacific. Proc. Nat. Acad. Sci. Amer.33, 318.
Tomczak, G., 1964: Investigations with drift cards to determine the influence of the wind on surface currents. In: Studies on Oceanography. Tokyo: Geophys. Inst. 129.
Tomczak, M. jr., 1966: Winderzeugte interne Wellen, insbesondere im Periodenbereich oberhalb der Trägheitsperiode. Dt. hydrogr. Z.19, 1.
Veronis, G. und G. W. Morgan, 1955: A study of the time-dependent wind-driven circulation in a homogeneous, rectangular ocean. Tellus7, 232.
Veronis, G. und H. Stommel, 1956: The action of variable wind stresses on a stratified ocean. J. mar. Res.15, 43.
Veronis, G., 1956: Partition of energy between geostrophic and non-geostrophic oceanic motions. Deep-Sea Res.3, 157.
Veronis, G., 1963: On inertially-controlled flow patterns in a β-plane ocean. Tellus15, 59.
Veronis, G., 1966: Generation of mean ocean circulation by fluctuating winds. Tellus18, 67.
Welander, P., 1957: Wind action on a shallow sea: Some generalizations of Ekman's Theory. Tellus9, 45.
Welander, P., 1966: A two-layer frictional model of wind-driven motion in a rectangular oceanic basin. Tellus18, 54.
Yoshida, K., 1960: The oceanic waves of days' to months' periods. Records Oceanogr. Works Japan,5, No 2, 11.
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Mit der — hier gekürzt — vorliegenden Arbeit promovierte der Verfasser bei der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität Kiel.
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Tomczak, M. Über den Einfluß fluktuierender Windfelder auf ein stetig geschichtetes Meer. Deutsche Hydrographische Zeitschrift 20, 101–129 (1967). https://doi.org/10.1007/BF02328949
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