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Deutsche Hydrografische Zeitschrift

, Volume 51, Issue 2–3, pp 155–179 | Cite as

Mesoscale structures, fluxes and water mass variability in the German Bight as exemplified in the KUSTOS- experiments and numerical models

  • G. A. Becker
  • H. Giese
  • K. Isert
  • P. König
  • H. Langenberg
  • Th. Pohlmann
  • C. Schrum
Article

Summary

In this article, the hydrographic conditions are described which prevailed in the German Bight during the three KUSTOS experiments carried out in summer 1994, spring 1995, and winter 1996. It presents the physical background for the companion articles of this volume and provides insight into the complicated and highly variable hydrodynamics of the German Bight. Typically for the German Bight, the distribution of temperature and salinity in the near-bottom layer was found to relate strongly to the topography in all experiments, and variability in the vertical structure showed the expected seasonal pattern. The thermal and haline stratification were found to coincide in most cases, indicating a clear marking of surface and bottom water masses. Between the three KUSTOS experiments, the intensity of salinity fronts varied strongly, with stronger fronts in spring and weaker gradients in summer and winter, but from the limited number of observations this pattern cannot be generalised. The observed temperature and/or salinity patterns differ strongly from the average long-term situation, as expected in a highly variable area. To a large degree, this variability is caused by mesoscale features which - owing to their transient nature - are not well resolved by in-situ observations during the experiments and, therefore, numerical models are used to complement the observations. Finally, the overall mass transport through the German Bight during the KUSTOS experiments, estimated from a North Sea circulation model and a salt water budget and freshwater balance, ranges between 34 (strong cyclonic circulation) and -3 km3/d (weak anticyclonic circulation). North Sea water advection into the German Bight dominates river runoff by a factor of ∼15 (spring 1995) to ∼49 (winter 1996). However, in situations with a low through-flow in combination with a high ratio of freshwater inflow, residence times of river water can be high, thereby aggravating any harmful effects of riverine contaminants.

Keywords

River Runoff Frontal Zone Thermal Stratification German Bight German Journal 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

List of abbreviations

GB

German Bight

SSS

sea surface salinity

SST

sea surface temperature

Mesoskalige Strukturen, Flüsse und Wassermassen-VariabilitÄt in der Deutschen Bucht, dargestellt durch die Kustos-Experimente und numerische Modelle

Zusammenfassung

In diesem Artikel werden die vorherrschenden hydrographischen Bedingungen wÄhrend der drei KUSTOS-Experimente beschrieben, die im Sommer 1994, Frühling 1995 und Winter 1996 in der Deutschen Bucht durchgeführt wurden. Er stellt den physikalischen Hintergrund für die anderen Artikel dieses Bandes dar und bietet einen Einblick in die komplizierte und überaus variable Hydrodynamik der Deutschen Bucht. In allen Experimenten ergab sich ein direkter Zusammenhang zwischen den bodennahen Verteilungen von Temperatur und Salzgehalt mit der Topographie. Die in den Experimenten beobachtete VariabilitÄt in den vertikalen Strukturen zeigte die zu erwartenden saisonalen Muster. Es wurde festgestellt, da\ sich die vertikalen Gradienten der Temperatur und des Salzgehaltes in den meisten FÄllen deckten, wodurch die Unterschiede der Wassermassen am Boden und an der OberflÄche deutlich werden. Die KUSTOS Experimente zeigen eine saisonal verÄnderliche IntensitÄt der Salzgehaltsfronten, mit im Frühjahr stÄrkeren und im Sommer und Winter schwÄcheren Gradienten. Allerdings lassen die verfügbaren Ergebnisse keine Verallgemeinerung dieses Ergebnisses zu. Keine der beobachteten Temperaturoder Salzgehaltsmuster zeigen einen engen Bezug zu der mittleren Lage über lange ZeitrÄume hinweg, wodurch sich die gro\e Bandbreite der VariabilitÄt zeigt. Da mesoskalige Merkmale, entsprechend ihrer kurzlebigen Natur, von den in-situ Beobachtungen wÄhrend der Experimente nicht gut aufgelöst wurden, wurden numerische Modelle benutzt, um die VariabilitÄt teilweise erklÄren zu können. Mit einem Zirkulationsmodell wird der Brutto-Massentransport durch die Deutsche Bucht der Nordsee berechnet; die Ergebnisse zeigen eine hohe VariabilitÄt des Massentransportes. Transporte in die Deutsche Bucht wÄhrend der KUSTOS Experimente reichen von 34 bis-3 km3/Tag, von starker zyklonaler zu schwacher anti-zyklonaler Zirkulation. Eine für die KUSTOS Experimente aufgestellte Salz-und Frischwasserbilanz bestÄtigt die Modellergebnisse und offenbart die Dominanz des in die Deutsche Bucht einströmenden Nordseewassers über die FlusswassereintrÄge. Vor allem im Fall geringen Massentransportes in Verbindung mit einem hohen Anteil an Frischwasserzuflu\ bedingt die entsprechend höhere Verweildauer eine VerstÄrkung der negativen Effekte der vom Flusswasser mitgeführten Schadstoffe.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1999

Authors and Affiliations

  • G. A. Becker
    • 1
  • H. Giese
    • 2
  • K. Isert
    • 3
  • P. König
    • 4
  • H. Langenberg
    • 5
  • Th. Pohlmann
    • 6
  • C. Schrum
    • 7
  1. 1.Bundesamt für Seeschiffahrt und HydrographieHamburg
  2. 2.Bundesanstalt für WasserbauAussensteile KüsteHamburg
  3. 3.Institut für MeereskundeZMK UniversitÄt HamburgHamburg
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