Die Eiskarten, die in Kapitel 8.3 vorgestellt wurden, geben einen guten Uberblick ÄÄ uber die rÄaumliche Verteilung einer GrÄo¼e. Die Zusammenstel-lung verschiedener Karten gibt Aufschluss Äuber spezielle Struktureigenschaf-ten, zum Beispiel lÄasst die Verteilung der Anteile von dÄunnem Eis, dickem ebenen Eis und Brucheis RÄuckschlÄusse auf die Entwicklungsgeschichte der Eisdecke zu. Die Betrachtung zeitlich aufeinander folgender Karten gibt die MÄoglichkeit, die Eisdrift zu verfolgen, wie die Abbildungen 78 bis 80 belegen.
Auf diese Weise ist es auch mÄoglich, die Entwicklung einer GrÄo¼e Äuber den gesamten Eiswinter zu verfolgen.
Um die Entwicklung verschiedener Parameter zu vergleichen oder einen di-rekten Zusammenhang mit den meteorologischen Eingangsdaten zu scha®en, ist es sinnvoll, sich rÄaumlich auf einen Punkt zu beschrÄanken. FÄur diesen Punkt wird die zeitliche Entwicklung der GrÄo¼en in Zeitreihen dargestellt.
Die Zeitreihen der meteorologischen Daten und den Zeitreihen der Daten des Hiblermodells stehen fÄur einen Vergleich zur VerfÄugung.
Durch diese Darstellung werden nur Daten eines geogra¯schen Punktes aus-gewertet. Da die rÄaumliche Verteilung aller GrÄo¼en als stetig vorausgesetzt werden kann, ermÄoglicht es diese Darstellung, Aussagen Äuber die Eisevolution in einem Gebiet zu machen. Um ein Bild der Entwicklung der Eisbedeckung auf der gesamten Ostsee zu erhalten, wurden vier reprÄasentative Punkte in der Ostsee gewÄahlt, je einer im nÄordlichen Bottnischen Meerbusen, in der mittleren Ostsee, im ¯nnischen Meerbusen und in der sÄudlichen Ostsee (vgl.
Abbildung 64). Die Zeitreihen der Parameter an einem Punkte sollen im Folgenden beschrieben werden, die Zeitreihen der anderen Punkte sind in Anhang A.3 dargestellt.
Abbildung 64: Darstellung der ausgewÄahlten Punkte
Um die EisverhÄaltnisse der Ostsee durch Zeitreihen darzustellen, wurden vier reprÄasentative Punkte ausgewÄahlt. Zur Unterscheidung werden sie kurz mit "Nord", "Mitte", "Ost" und "SÄud" bezeichnet. Es sind die gleichen Punkte, die schon in Kapitel 8.3, Seite 118 zur ÄUbersicht der WindverhÄaltnisse gewÄahlt wurden.
Die Daten, die zur Vorstellung der Zeitreihendarstellung benutzt werden, sind am Punkt "Nord" von den Modellen berechnet worden. Die Farbwahl
erfolgt aufgrund der Eisklasse und wird unabhÄangig vom jeweils betrachteten Parameter beibehalten:
² Rot kennzeichnet die Parameter des dÄunnen Eises: Anteil, Eis- bzw.
Schneedicke und Eistemperatur.
² Blau kennzeichnet die Parameter des dicken ebenen Eises: Anteil, Eis-bzw. Schneedicke und Eistemperatur.
² Schwarz charakterisiert den Anteil der eisbedeckten FlÄache oder die mittlere Eisdicke.
² Pink wird die Gesamteisdicke dargestellt.
² GrÄun sind Anteil und Eisdicke des Hiblermodells.
Die Eisdicke des Brucheises entspricht der Eisdicke des ebenen dicken Eises und bedarf daher keiner getrennten Darstellung. Der Brucheisanteil fÄallt aufgrund der ungÄunstig gewÄahlten GrÄo¼en in der Scherfunktion derart gering Temperatur in ±Celsius
Abbildung 65: Zeitreihen der Eistemperaturen
ts level ist die Ober°Äachentemperatur des dicken Eises, ts lead die des dÄunnen Eises. Die Eistemperatur ist von ausschlaggebender Bedeutung fÄur das Eisdickenwachstum. Sie sollte im Vergleich mit der Lufttempe-ratur (vgl. Abbildung 39) gesehen werden.
aus, dass eine eigene Darstellung hier keine weiteren Erkenntnisse bringen wÄurde. In der Berechnung der Parameter - Anteil der Gesamteisbedeckung, mittlere Eisdicke etc. - ist er selbstverstÄandlich enthalten.
Bedeckungsgrad
Abbildung 66: Zeitreihen der Anteile
Zum Vergleich werden fÄur den Punkt "Nord" die Zeitreihen der Anteile fÄur dickes Eis (A4) und dÄunnes Eis (A2), der Gesamteisbedeckung (Ages) und des hiblerschen Bedeckungsgrades (A(Hibler)) dargestellt. Die Ein-heit ist Anteil pro FlÄache; die Ordinate wurde bis 1,2 verlÄangert, um eine gute Ablesbarkeit der Daten nahe "eins" zu gewÄahleisten.
In Abbildung 66 werden die Zeitreihen der Anteile verglichen. Bei den Daten des Mehrklassenmodells ist zu erkennen, dass der Anteil des dicken Eises zu Beginn des Winters sehr viel geringer ist als der Anteil des dÄunnen Eises, und dass sich dieser Zustand auch nur sehr langsam Äandert. BegrÄundet ist dieser Punkt dadurch, dass die Eisdecke einige Tage braucht, um die gesamte FlÄache zu bedecken. Das zuerst gebildete Eis wird automatisch als "dickes, ebenes Eis" klassi¯ziert, da das ebene Eis nach De¯nition undeformiertes Eis ist. SpÄater gebildetes Eis ist "Eis, welches auf o®enen Wasser°ecken zwischen dem ebenen Eis gefriert", also Leadeis, dÄunnes Eis im Sinne der De¯nition. In Anbetracht des Winterbeginns ist diese Einteilung o®ensichtlich nicht opti-mal. Es ist daher zu Äuberlegen, in der Weiterentwicklung dieses Modells eine LÄosung zu ¯nden, die dem Eis, welches innerhalb weniger Tage den gleichen Eisentwicklungszustand durchmacht, die gleiche Eisklasse zuordnet.
Eisdicke in m
Abbildung 67: Zeitreihen der Eisdicken
In der oberen Gra¯k werden die Zeitreihen der Eisdicken verschiede-ner Klassen des neuen Modells verglichen. Die untere Gra¯k setzt die mittlere Eisdicke und die Gesamteisdicke ins VerhÄaltnis und vergleicht sie mit der hiblerschen Eisdicke. Diese entspricht der Idee nach der Gesamteisdicke im neuen Modell. Aufgetragen wird die Dicke in m Äuber die Zeit.
Ausgehend von dieser Anfangskonstellation aus Anteilen dicken und dÄ un-nen Eises ist die Entwicklung im Mehrklassenmodells jedoch plausibel. Das VerhÄaltnis der Anteile von dÄunnem zu dickem Eis verschiebt sich zugunsten des dicken Eises, wenn Deformationsprozesse die Eisdecke komprimieren, da dÄunnes Eis stÄarker komprimiert wird als dickes.
Abbildung 68: Zeitreihen der Spannungen
Beim Vergleich der Scherspannung (oben) und der Kompressionsspan-nung (unten) ist zu beachten, dass sich die Einheiten um mehrere Zeh-nerpotenzen unterscheiden. Im Allgemeinen fallen die Extrema nicht unbedingt zusammen, wie es in diesem Beispiel der Fall ist.
Vom Beginn der zweiten Vereisungszeit Mitte Dezember bis Anfang MÄarz wÄachst der Anteil des dicken ebenen Eises mehr oder weniger sprunghaft an.
Diese SprÄunge sind deutlich zu erkennen am 5. Januar und am 31. Januar, etwas weniger steil ist das Anwachsen um den 10. bis 14. Februar und Ende Februar vom 25. bis 28. Im Vergleich zur Zeitreihe der Kompressions-spannung (Abbildung 68 unten) wird deutlich, dass diese Zeiten den Minima
der Kompressionsspannung folgen oder mit ihnen Äubereinstimmen. Dabei ist zu bedenken, dass die Druckspannung ein negatives Vorzeichen besitzt, eine minimale Kompressionsspannung daher besonders gro¼er Druck bedeutet.
Der Anteil dÄunnen Eises verstÄarkt sich proportional zum Anteil dicken Eises, wenn Neueis auf o®enem Wasser entsteht. Dabei entwickeln sich FlÄachen o®enen Wassers durch divergente Prozesse, also unter Zugspannung, oder durch Schmelzprozesse. Diese sind vermehrt in der ersten MÄarzdekade zu
¯nden, beobachtbar durch die kurzfristigen Verringerungen der Gesamteis-bedeckung. GestÄutzt wird diese Behauptungen durch die Betrachtung der Eistemperaturkurven (Abbildung 65), welche eine ErwÄarmung des Eises Ende Februar / Anfang MÄarz zeigen. Eine Abnahme der Gesamteisbedeckung durch Eisschmelze fÄuhrt daher zu o®enen Wasserfeldern, welche bei ausreichend kalten Temperaturen Neueisbildung zur Folge haben, so dass die Anteile des dÄunnen Eises kontinuierlich steigen.
Schneedicke in m
Abbildung 69: Zeitreihen der Schneedicken
snowd level ist die Dicke des auf dem dicken Eis liegenden Schnees, snowd lead die Dicke des auf dem dÄunnen Eis liegenden Schnees.
Da Schnee isolierend wirkt, gibt die Schneedicke Aufschlu¼ Äuber das Schmelzverhalten der Eisdecke.
Das unterschiedlich schnelle Anwachsen der Gesamteisbedeckung in der ers-ten Eisperiode (2. bis 8. Dezember) im neuen und hiblerschen Modell ist
auf die verschiedenen AnsÄatze zur Rinnenschlie¼ung in den beiden Modellen zurÄuckzufÄuhren (s. Kapitel 5.3, Seite 91).
Auch die Unterschiede in der Eisschmelze am Ende der Eissaison (ab Mitte April) sind zum Teil durch die verschiedenen AnsÄatze der Lateralschmelze in den beiden Modellen begrÄundet (s. Kapitel 5.3, Seite 88). Schwerwiegender hier dÄurften jedoch die Eisdickenunterschiede in den Modellen sein. Auch wenn die Gesamteisdicke des Mehrklassenmodells der hiblerschen Eisdicke Anfang Mai in etwa entspricht (s. Abbildung 67 unten), existiert doch ein kleiner Anteil dicken Eises, der entsprechend lÄanger fÄur die Schmelze benÄotigt (vgl. Abbildung 67 oben).
Der Ein°uss des Schnees auf die Thermodynamik des Eises ist im Kapitel 5.2 beschrieben.