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Momentaustausch
Storyboard 
Der Austausch von Impuls zwischen Atmosphäre und Ozean bezieht sich auf den Prozess, bei dem die Atmosphäre den Ozean antreibt und entsprechende Meeresströmungen erzeugt.
Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014
Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface
ID:(1631, 0)
Oberflächenspannung
Beschreibung
Der Wind über der Meeresoberfläche besteht aus einer großen Anzahl von Molekülen, die regelmäßig auf die Wassermoleküle an der Oberfläche treffen.
Dadurch wird ein Teil der kinetischen Energie der Luftmoleküle auf die Wassermoleküle übertragen, was als eine Art Spannung zwischen Luft und Wasser interpretiert werden kann.
Dies hat zur Folge, dass oberflächliche Wirbel entstehen, die wiederum tiefere Wasserschichten beeinflussen und die Geschwindigkeit des Windes auf eine oberflächennahe Schicht des Ozeans übertragen. Auf diese Weise wird die Bewegungsenergie des Windes in eine oberflächennahe Ozeanschicht übertragen, wodurch die Geschwindigkeit des Wassers erhöht wird.
ID:(12303, 0)
Allgemeines Schema der Störungsarten
Bild
Im Allgemeinen sind beim Betrachten des Ozeans verschiedene Mechanismen erkennbar, die Wirbel und Turbulenzen erzeugen und damit zu den Mischungsprozessen beitragen.
Innerhalb der Oberflächenschicht sind besonders zu erwähnen:
• Oberflächenwellen, die durch Winde erzeugt werden.
• Die Langmuir-Zirkulation, die aus der Luft sichtbare Streifen bildet.
• Das Brechen von Oberflächenwellen.
Während zwischen der unteren Grenze der Mischungsschicht und der Thermokline hervorzuheben sind:
• Turbulenzen durch Scherung an der oberen Grenze.
• Das Brechen interner Wellen an der unteren Grenze.
• Konvektion.
• Vertikale Instabilitäten.
Diese Phänomene sind im folgenden Diagramm dargestellt:
ID:(12180, 0)
Langmuir stabile Wellen
Beschreibung
Eines der Phänomene, die durch windinduzierte Oberflächenströmungen entstehen, ist die sogenannte Langmuir-Zirkulation:
The instability of the ocean to Langmuir circulations, S. Leibovich and S. Paoluccit, J. Fluid Mech. (1981). vol. 102, pp. 141-167
Sie entsteht ähnlich wie der Ekman-Transport, bei dem aufgrund der Corioliskraft Gebiete mit Absinken entstehen, die Wirbel erzeugen. Die Zirkulation schließt sich mit der Bildung einer Auftriebszone:
In dem Artikel, der im nächsten Bild zitiert wird, wird geschlussfolgert, dass spezifische Bedingungen für die Bildung der Langmuir-Zirkulation vorliegen, die von verschiedenen Bedingungen und der Oszillation selbst abhängen:
ID:(12221, 0)
Modell
Top
Parameter
Variablen
Berechnungen
zu 
, dann die Variable auswählen: 
zu 
Berechnungen
Berechnungen
Variable 
Gegeben Berechnen 
Ziel : Gleichung Zu verwenden 
Gleichungen
$ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $
k_w = ( u_a - u_w )* beta * Sc ^ n
$ La = \sqrt{\displaystyle\frac{ u_a }{ u_w }}$
La = sqrt( u_a / u_w )
$ \tau = \tau_t + \tau_w + \tau_{\eta} $
tau = tau_t + tau_w + tau_eta
$ \tau_t = \rho_a C_D ( u_a - u_w )^2$
tau_t = rho_a * C_D * ( u_a - u_w )^2
$ \tau_t = \rho_a u_a ^2 $
tau_t = rho_a * u_a ^2
$ \displaystyle\frac{ u_a ^2 }{ u_w ^2 } = \displaystyle\frac{ \rho_w }{ \rho_a }$
u_a ^2/ u_w ^2 = rho_w / rho_a
ID:(15643, 0)
Geschwindigkeitsprofil in der oberflächlichen Schicht (MOST)
Gleichung
Die Kraft der Tensión del viento ($\tau_t$), die auf der Oberfläche wirkt, kann gemäß der Monin-Obukhov-Ähnlichkeitstheorie (MOST) als Übertragung kinetischer Energie von der Luft auf die obere Schicht des Ozeans modelliert werden.
Dafür wird angenommen, dass der Tensión del viento ($\tau_t$) proportional zu der Densidad del aire ($\rho_a$) und zum Quadratunterschied zwischen der Velocidad del aire ($u_a$) und der Velocidad del agua ($u_w$) ist. Die Proportionalität wird durch die Einführung von der Constante de arrastre ($C_D$) berücksichtigt, was zu folgender Schlussfolgerung führt:
| $ \tau_t = \rho_a C_D ( u_a - u_w )^2$ |
ID:(12222, 0)
Oberflächenspannung (MOST)
Gleichung
Die Monin-Obukhov-Ähnlichkeitstheorie (MOST) modelliert die Oberflächenspannung proportional zum Quadrat von der Velocidad del aire ($u_a$) an der Oberfläche und zu der Densidad del aire ($\rho_a$).
In diesem Fall wird der Oberflächenanteil über die Dichte der kinetischen Energie geschätzt, die mit der Oberflächenspannung korreliert.
Daher wird geschätzt, dass der Velocidad del aire ($u_a$) ist
| $ \tau_t = \rho_a u_a ^2 $ |
None
ID:(12220, 0)
Gesamtspannung an der Schnittstelle
Gleichung
Die Variable der Tensión superficial aire-agua ($\tau$) umfasst der Tensión del viento ($\tau_t$), der Tensión de las olas ($\tau_w$) und der Tensión de la viscosidad ($\tau_{\eta}$). Daher kann sie wie folgt ausgedrückt werden:
| $ \tau = \tau_t + \tau_w + \tau_{\eta} $ |
ID:(12232, 0)
Geschwindigkeitsverhältnis
Gleichung
Wenn wir davon ausgehen, dass es einen kontinuierlichen Übergang in der Energiedichte an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser gibt und diese Energie kinetischer Natur ist, dann können wir mit der Densidad del aire ($\rho_a$), der Velocidad del aire ($u_a$) und der Densidad del agua ($\rho_w$), der Velocidad del agua ($u_w$) die folgende Beziehung herleiten:
$\rho_a u_a^2=\rho_w u_w^2$
Daher können wir die Beziehung aufstellen:
| $ \displaystyle\frac{ u_a ^2 }{ u_w ^2 } = \displaystyle\frac{ \rho_w }{ \rho_a }$ |
Zusätzlich können wir berücksichtigen, dass die Energiedichte dieselbe Einheit wie die Oberflächenspannung hat, was die Gleichheit erklärt, da in einem Gleichgewichtssystem die Spannungen gleich sein müssen.
ID:(12234, 0)
Langmuir-Nummer
Gleichung
Die Beziehung zwischen der Velocidad del aire ($u_a$) und der Velocidad del agua ($u_w$) wird durch der Numero de Langmuir ($La$) untersucht. Daher kann die Langmuir-Zahl als das Verhältnis der Quadratwurzel beider Geschwindigkeiten definiert werden:
| $ La = \sqrt{\displaystyle\frac{ u_a }{ u_w }}$ |
ID:(12219, 0)
CO2-Austausch, Geschwindigkeit aus Wasser
Gleichung
Der Gasparameter die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) wird in Bezug auf der Velocidad del agua ($u_w$), der Velocidad del aire ($u_a$), der Schmidt-Nummer ($Sc$), der Factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) und Exponente de Schmidt ($n$) wie folgt beschrieben:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
ID:(12215, 0)