VERGLEICH DER VON BUNKER VERWENDETEN BULK-KOEFFIZIENTEN MIT NEUEREN MESSERGEBNISSEN AUF DEM OFFENEN OZEAN

Es gibt keine generell akzeptierte Funktion für die Bulk-Koeffizienten.

Es ist daher dem Anwender der Bulk-Formeln zumindestens in gewissen Grenzen überlassen, ein dem speziellen Zweck angepaßtes Schema zu ver­

wenden. Die von BUNKER (1976) zusammengetragenen Ergebnisse stellen das beste Material dar, welches etwa Anfang der siebziger Jahre für eine solche Entscheidung überhaupt verfügbar war. Seither sind jedoch in der Literatur eine Reihe von Meßergebnissen veröffentlicht worden, die sich im Wesentlichen in zwei Punkten von dem Großteil der bei BUNKER (1976) genannten Zitate unterscheiden:

(1) Es handelt sich um Messungen auf dem offenen Ozean unter Bedingun­

gen, die eine große Wirkdauer und Wirklänge des Windes zumindestens zu­

lassen. Für den hier benötigten Zweck sind diese Ergebnisse denen von z.B. Laborversuchen oder klimatologisehen Budgetrechnungen vorzuziehen.

(2) Bei den zum Vergleich herangezogenen Experimenten wird meist die direkte Kreuzkorrelationsmethode angewandt. Drei experimentelle Meß­

methoden für die Flüsse und zur Bestimmung der Bulk-Koeffizienten werden i.A. über dem Ozean benutzt. Bei der Kreuzkorrelationsmethode werden in einem Meßniveau die Fluktuationsgrößen w',T' und q' direkt gemessen, daraus sind LE und H nach (6.1) und (6.2) berechenbar. Diese Methode wird als die genaueste angesehen (BLANC, 1983), stellt aber hohe Anfor­

derungen an die Meßtechnik. Das letztere ist ebenfalls bei der Dissipa­

tionsmethode der Fall. Die Profilmethode als dritte Möglichkeit ist ein­

facher hinsichtlich der Meßtechnik, allerdings bereitet die Auswertung der Profile oft Schwierigkeiten. HASSE et.al (1978) weisen besonders auf den möglichen Einfluß des Seegangs auf die untersten Meßniveaus hin.

Die für den hier vorgenommenen Vergleich herangezogenen Meßergebnisse gehören weltweit zu den am sorgfältigsten durchgeführten und

ausgewer-Abb.6.1 : Der Bulk-Koeffizient C^en zur Bestimmung des latenten Wärme­

flusses bei neutraler Dichteschichtung als Funktion der Windgeschwindig­

keit Uio- Dünne Linien geben die Meßergebnisse verschiedener Autoren (Erklärungen der Kürzel in Tabelle 6.1). Die oberen dicken Balken sind die von BUMCER gewählten Werte. Die unteren dicken Balken sind die um 13* reduzierten Koeffizienten.

teten Experimenten (HASSE, DOBSON, persönliche Mitteilung, 1984), sie sind zusammen mit den von BUNKER benutzten Werten in Abb. 6.1 und 6.2 mit Erklärungen in Tabelle 6.1 zusammengestellt. Verglichen werden die Koeffizienten bei neutraler Dichteschichtung C^{e n} und C^hn als Funktion der Windgeschwindigkeit in 10 » Höhe ü i q. Folgende Punkte sind bei Be­

trachtung der Abbildungen erwähnenswert:

Abb.6.2 : Wie Abb.6.1, jedoch für den Bulk-Koeffizienten Chn zur Bestim­

mung des sensiblen Wärmeflusses. Oie unteren dicken Balken sind die un 17% reduzierten Koeffizienten.

(1) Der Bereich der Windgeschwindigkeit, aus dem Meßergebnisse vorlie­

gen, liegt bei Cen zwischen 2 m/s und 15 m/s, bei Chn zwischen 2 m/s und 25 m/s.

(2) Eine Variation der Bulk-Koeffizienten mit Ujo ist experimentell nicht eindeutig nachgewiesen, die von ANDERSON & SMITH (1981) und LARGE

& POND (1982) angegebene Ujq - Abhängigkeit ist nicht signifikant. Theo­

retisch wird dagegen ein Anwachsen von C£Nmit Ujo erwartet.

Liste der in Abb.6.1, Abb.6.2 und Abb.9.1 zitierten Autoren sowie des Meßprojektes, aus dem die in der zitierten Arbeit verwendeten Daten

stammen. In der Spalte "Methode“ ist die Meßmethode durch folgende Abkürzungen eingetragen: P = Profilmethode, K * Kreuzkorrelationsmethode und D * Dissipationsmethode. Der BIO-Turm ist ein Meßgeräteträger des Bedford Institute of Oceanography, Kanada, der etwa 10 km vor der kana­

dischen ITüse vor HaliFax verankert ist. Sable Island ist eine flache Sanddüne etwa 170 km vor der kanadischen Küste im Nordatlantik.

Kürzel Autoren Projekt Methode

K76 Krügermeyer, 1976 ATEX 1969 P, K

FS76 Friehe & Schmidt, 1976 N0RPAX K

H78 Hasse et.al, 1978 GATE 1974 P

FG78 Francey & Garrat, 1978 AMTEX 1974/75 K AS81 Anderson & Smith, 1981 Sable Island 1975-1978 K LP81 Large & Pond, 1981 OWS "Papa", BIO-Turm D, K LP82 Large & Pond, 1982 JASIN 1978, BIO-Turm D, K

S80 Smith, 1980 BIO-Turm K

SB75 Smith & Banke, 1975 Sable Island 1973/74 K

D74 Dunckel et.al, 1974 ATEX 1969 P, K

K 78 Krügermeyer et.al, 1978 JONSWAP P

(3) Die Streuung der Ergebnisse ist für beide Koeffizienten nach wie vor erheblich, der Bereich der Meßergebnisse ist für Cg# (s 1.15-1.50*10“3) etwas kleiner als für C^hn (* 0.9-1.45*10-3).

(4) Bei beiden Koeffizienten liegen die von BUNKER gewählten Werte am oberen Rand - bzw. bei hohen Windgeschwindigkeiten außerhalb - des durch Meßergebnisse bestätigten Bereiches. Diese systematischen Fehler in LE und H durch die von BUNKER zu groß gewählten Koeffizienten werden bei der Neuberechnung von LE und H durch einen konstanten Reduktionsfaktor behoben. Für die Berechnung dieses Reduktionsfaktors wird bei neutraler Dichteschichtung für jede Uio-Klasse, für die die BUNKERschen Koeffi­

zienten konstant sind, der Quotient aus Meßergebnis und BUNKERs Wert berechnet. Dies wird für jede der zitierten experimentellen Resultate in dem durch Meßergebnisse belegten U^o-Bereich durchgeführt. Dann wird für jede Uio-Klasse das ungewichtete Mittel der Quotienten berechnet und da­

raus anschließend, ebenfalls ungewichtet, das Gesamtmittel für den durch Meßergebnisse belegten Bereich bestimmt. Der so ermittelte Reduktions­

faktor beträgt bei Cg 0.87 und bei Cfj 0.83.

Für die Neuberechnung von LE und H werden daher BUNKERs Koeffizienten Cf um 13% und um 17% reduziert, die resultierenden Bulk-Koeffizienten sind als untere dicke Balken in Abb. 6.1 und 6.2 eingetragen. Oie kon­

stanten Reduktionsfaktoren werden ebenfalls bei nichtneutraler Dichte­

schichtung angewendet. Die unterschiedlichen Reduktionsfaktoren ergeben jetzt im Gegensatz zu BUNKER Cg = 1.05 C^. Der überwiegende Teil der hier durchgefIihrten Reduktion kann als Aufhebung der von BUNKER künst­

lich vorgenommenen Erhöhung der Bulk-Koeffizienten um 10% angesehen wer­

den. Diese Erhöhung erscheint nicht gerechtfertigt, da der Hauptteil der Windangaben der VOF-Schiffe nicht auf Anemometermessungen mit den damit möglichen Meßfehlern besteht (siehe Kapitel 4). Die Anwendung der redu­

zierten Koeffizienten bewirkt eine Verringerung der Beträge von LE und H und damit eine Erhöhung des Nettoenergiegewinns für den Ozean gegenüber den Ergebnissen von BUNKER. Quantitative Angaben für den Nordatlantik werden in Abschnitt 6.8. zusammen mit den Ergebnissen anderer Testrech­

nungen gegeben.

6.5. BEROCKSICHTIGUNG SYSTEMATISCHER FEHLER DER WINDGESCHWINDIGKEIT