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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-39311
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2008/3931/


Vietnam Upwelling - Analysis of the upwelling and related processes in the coastal area off South Vietnam

Vietnam Upwelling - Analyse des Kaltwasserauftriebes vor der Küste Vietnams und der damit im Zusammenhang stehenden physikalischen Prozesse

Hein, Hartmut

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SWD-Schlagwörter: Auftrieb , Auftriebsgebiet , Direkte numerische Simulation , Rotationsströmung , Strömung , Meeresströmung , Oberflächenströmung
Freie Schlagwörter (Englisch): coastal upwelling , south china sea , topographic steering
Basisklassifikation: 38.90
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Sündermann, Jürgen (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.12.2007
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 16.12.2008
Kurzfassung auf Englisch: The coastal upwelling off southern Vietnam is one of the major hydrographic features of the South China Sea. While the extent at the coast is less than 100 km, it builds a cold filament, which transports the colder water up to 800 km offshore. The varying bathymetry, the influence of the riverine discharge of the Mekong and the seasonal monsoon winds form a complex system to investigate, which exhibits most of the processes involved in upwelling at western boundaries.
In this work, the upwelling is studied, using a three-dimensional model, which considers both, the local and the basin-wide forcing. The numeric model is based on the HAMburg Shelf Ocean Model (HAMSOM) in its latest version. It allows a high horizontal and vertical resolution. The model is validated with ship experiments, which belong to this work. This cruises took place during different seasons, and give a first view on the distribution of the hydrography in this region.
The results of the simulation discover a complex horizontal circulation, which can be divided into six states. Dependent on the state, two boundary currents, one from the north and one from the south, interacting alone or together with the bathymetry. Each state is influenced by mesoscale and bathymetric steered circulations. In three states a mesoscale anticyclonic eddy in a canyon-like structure is the most obvious feature.
Unlike former suggestions, the results from the simulation, as well as the observation demonstrate, that upwelling can be found independent from the season. Both, the local wind and the basin wide circulation force the vertical velocities. The classical upwelling processes, induced by Ekman motions in the boundary layers, do not explain the vertical velocities at several times.
Particularity, during winter the southward boundary current interacts with the bathymetry. In the regions were the shelf changes its depth, the boundary current can cross the isobathes, due to inertial forces and the occurrence of a high Froude number. Hence, the boundary current flows into shallower water, and will be squashed. This squashing causes an anticyclonic rotation of the current, because the flow has to conserve its potential vorticity. Both processes together induce significant upwelling.
Generally, the basin wide forcing yields 40 % to 100 % of the magnitude of the upwelling in the VUA.
The physical upwelling process influences the biologic primary production during spring, summer and winter. The chlorophyll a concentration, observed by remote sensing, as a good indication for the strength of the upwelling, shows a inter-annual correlation with the El Nino Southern Oscillation.
Kurzfassung auf Deutsch: Der Kaltwasserauftrieb vor der südlichen Küste Vietnams ist wohl das auffälligste hydrographische Merkmal des Südchinesischen Meeres. Während das kalte Wasser an der Küste nur in einem weniger als 100 km breiten Streifen auftritt, bildet es bis zu 800 km seewärts gerichtete kalte Strömungen. Aufgrund der Topographie, des Einflusses des Mekongs und der saisonalen Monsunwinde bildet sich ein komplexes System. Durch die Vielseitigkeit dieser Einflüsse, ist dieses Gebiet hervorragend geeignet um die physikalischen Prozesse eines Auftriebes an einem westlichem Ozeanrand zu untersuchen.
In dieser Arbeit, werden zum ersten mal mit einem drei-dimensionalen Modell sowohl die lokalen, als auch die überregionalen Ursachen eines Auftriebgebietes umfassend analysiert. Das ozeanographische Modell basiert auf dem Hamburger Shelf Ocean Model (HAMSOM) in seiner aktuellen Fassung. Es ermöglicht eine hohe horizontale und vertikale Auflösung des südchineschen Meeres. Das Modell wurde erfolgreich mit Messungen validiert. Während verschiedener Jahreszeiten fanden insgesamt fünf Forschungsfahrten statt. Diese ergeben einen ersten Blick auf die Hydrographie in dieser Region.
Die Ergebnisse der Simulation zeigen eine komplexe horizontale Strömungsverteilung. Abhängig von der Saison lassen sich sechs typische Strömungsmuster (Zustände) finden. Jeder dieser Zustände kann über die mesoskalige und topographisch gesteuerte Zirkulation definiert werden. Drei Zustände sind dabei durch einen antizyklonischen Wirbel in einem flachen Canyon definiert.
Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen, zeigen sowohl die Ergebnisse der Simulation, sowie die der Beobachtungen, dass der Auftrieb unabhängig von der Jahreszeit auftritt. Beides, die lokalen Windschubkräfte, als auch die überregionale Zirkulation sind in der Lage die vertikalen Geschwindigkeiten zu erzeugen. Zu mehren Zeitpunkten können diese aber nicht von den klassischen physikalischen Prozessen erklärt werden. Insbesondere, wenn im Winter der nach Süden gerichtete Randstom mit der Topographie interagiert, müssen neue Ansätze gefunden werden. Zwei Prozesse sind dabei wesentlich: An den Stellen wo sich die Tiefe entlang der Küste stark ändert, zeigt eine hohe Korrelation zwischen der Froude-Nummer und der vertikalen Geschwindigkeit, dass es die Trägheit ist, die den Auftrieb antreibt. Durch die Trägheit des Randstroms kreuzen sich die Strömungslinien mit den Isobathen. Dieses erzeugt zusätzlich eine Stauchung der Wassersäule und durch den Erhalt der potentiellen Vorticity, noch eine leichte antizyklonale Rotation der Strömung.
Durch Modelexperimente wird gezeigt, dass 40% bis 100% des Auftriebes vor der Küste Vietnams von der überregionalen Zirkulation des südchinesischen Meeres angetrieben wird.
Die physikalischen Prozesse haben Einfluss auf die biologische Primärproduktion im Frühjahr, Sommer und Winter. Dieses zeigen u.a. die in situ Messungen mit einem Fluorometer. Die Chlorophyll-a Konzentrationen aus Fernerkundungsdaten können als ein guter Indikator für die Stärke des Auftriebes genommen werden. Ein Index, der aus diesen Daten gebildet worden ist, zeigt eine hohe interannuale Korrelation mit der El Nino Southern Oscillation.

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