Einfache Schichtmodelle

Druckgradient und Kontinuitätsgleichungen in Schichtmodellen

Das Konzept der Schichtmodelle

Die einfachste Art, die Ozeanzirkulation zu simulieren, ist die Annahme, dass der Ozean eine homogene Dichte aufweist. Ein solches Modell hat keine vertikale Struktur. Wie in Abschnitt 1.4 erläutert, gibt es in den Ozeanen eine ausgeprägte Hauptthermokline/Pyknokline. Das unterirdische Maximum des vertikalen Dichtegradienten kann als Stufenfunktion idealisiert werden, und ein natürlicher Weg, die Ozeanzirkulation zu simulieren, besteht darin, den Ozean als zweischichtiges Fluid zu behandeln, wobei die Hauptthermokline als Grenzfläche dient. Die untere Schicht liegt unterhalb der Hauptthermokline; sie ist sehr dick und das Wasser in dieser Schicht bewegt sich viel langsamer als das Wasser oberhalb der Hauptthermokline. In guter Näherung kann man annehmen, dass die Flüssigkeit in der unteren Schicht nahezu stagniert. Bei einem solchen Modell gibt es nur eine aktive Schicht; es wird als Modell mit reduzierter Schwerkraft bezeichnet. Der Vorteil eines Modells mit reduzierter Schwerkraft ist die Fähigkeit, den ersten baroklinen Modus der Zirkulation und die Tiefe der Hauptthermokline zu erfassen. Fügt man dem Standardmodell mit reduzierter Schwerkraft eine weitere Schicht hinzu, erhält man ein 2½-Schichten-Modell, das ebenfalls in diesem Kapitel behandelt wird. Der Vergleich dieser Modelle ist in Abbildung 4.1 dargestellt.

In gewisser Weise ist ein Modell mit reduzierter Schwerkraft gleichbedeutend mit der Verwendung von nur zwei Gittern in der Dichtekoordinate. In ähnlicher Weise sind mehrschichtige Modelle stark verkürzte Modelle in der Dichtekoordinate.