Ein eindimensionales Modell der saisonalen Thermokline: I. Ein Laborexperiment und seine Interpretation

Ein einfaches Modell der saisonalen Thermokline wird theoretisch und mit Hilfe eines Laborexperiments untersucht. Es wird argumentiert, dass die gesamte Wärme und mechanische Energie, die die Wassersäule beeinflussen, nahe der Oberfläche angesammelt und nach unten propagiert werden kann, ohne dass signifikante Einflüsse durch horizontale Geschwindigkeiten, Advektion oder Rotation auftreten. Wenn die gesamte kinetische Energie des Rührens verwendet wird, um die potenzielle Energie des Systems zu verändern, können die Temperatur und die Tiefe der gut durchmischten obersten Schicht als Funktion der Zeit unter Berücksichtigung der Wärmezufuhr berechnet werden. Dies wurde explizit für eine sägezahnartige saisonale Heizfunktion und eine konstante Rührgeschwindigkeit durchgeführt. Ein schrittweiser Heizprozess wurde sowohl theoretisch als auch experimentell durch intermittierende Zufuhr von aufschwimmender Flüssigkeit an der Oberfläche simuliert. Viele Merkmale, die im Ozean beobachtet werden, werden sowohl durch die Theorie als auch durch die Experimente reproduziert. Die Tiefen- und Temperaturabhängigkeit der oberen Mischschicht als Funktionen der Zeit sowie die Beziehung zum Heiz- und Kühlzyklus stimmen qualitativ gut überein. Am wichtigsten zeigt dieses Modell eindeutig, dass die Oberflächenmischung nur die Eigenschaften bis zur obersten Dichtegrenze beeinflusst und dass tiefere Merkmale, die früh in der Heizsaison abgelagert werden, bestehen bleiben können, bis die gut durchmischte Schicht sie spät im Winter erneut erreicht.