Ekman-Transport
Der Ekman-Transport ist die in eine turbulente Grenzschicht von Atmosphäre und Ozean vertikal integrierte und von der Erdrotation beeinflusste Strömung. Der Transportmechanismus ist benannt nach dem schwedischen Ozeanographen Vagn Walfrid Ekman, der die erste realistische Theorie der windgetriebenen Strömung aufgestellt hat. Der Ekman-Transport wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen der durch die bewegte Wassersäule induzierten Corioliskraft und der Differenz der turbulenten Schubspannung zwischen der oberen und unteren Berandung dieser Wassersäule in der turbulenten Grenzschicht.
Das zuerst von F. Nansen Ende des 19. Jh. bei Fahrten ins Nordpolarmeer beobachtete Phänomen, daß die Richtung der Eisdrift um 20-40° von der Windrichtung abweicht. Der schwedische Physiker V. Walfried Ekman (1905) versuchte das Problem mathematisch zu lösen und legte damit den Grundstein für die wichtigsten theoretischen Entwicklungen in der dynamischen Ozeanographie. Aus der hydrodynamischen Bewegungsgleichung für die Wassermassen in einem homogenen, unendlich tiefen und ausgedehnten Ozean folgen bei Berücksichtigung der vom Wind erzeugten Oberflächenschubspannung, der Reibungs- und Corioliskraft die Ekman-Gleichungen.
Folgende grundlegende Aussagen beschreiben die Ekman-Theorie: Betrachtet wird eine Wassersäule, welche aus infinitesimal Schichten aufgebaut ist, wobei in jeder einzelnen Schicht eine konstante Geschwindigkeit herrscht. Mit zunehmender Tiefe wird die Geschwindigkeit der wind-angeregten Strömung geringer. Auf der Nordhemisphäre verursacht die Corioliskraft eine Ablenkung der Oberflächenströmung nach rechts in bezug auf die Windrichtung, nach links auf der Südhalbkugel. Jede Wasserschicht wird dabei leicht nach rechts bezüglich der über ihr liegenden Wasserschicht abgelenkt, wodurch ein spiralförmiger Strom entsteht (Ekman-Spirale).
Die Tiefe der durch den Windstress beeinflussten Schicht hängt - ausser vom Windstress selbst - von der geographischen Breite ab. So beträgt die Tiefe der Ekman-Schicht bei einer Windgeschwindigkeit von 10m/sec bei 10° 200 m, während sie bei 80° nur mehr 45 m beträgt.
Der Ekman-Transport spielt auch in äquatornahen Gebieten eine Rolle und kann dort zu Aufquellen (Upwelling) führen. Passatwinde, also östliche Winde, die von der Nord- und Südhemisphäre her am Äquator konvergieren, führen zu einem divergierenden Ekman-Transport, weil die Corioliskraft die Strömungen beidseits des Äquators polwärts ablenkt. Dadurch entsteht eine leichte "Rinne" in der Wasseroberfläche, als Folge wölbt sich die Thermokline auf. Entlang des Äquators, besonders im Pazifik, findet sich deshalb eine Region mit tieferen Meeresoberflächentemperaturen aufgrund des aufquellenden, kühlen Wassers.
Wenn der Passatwind der einen Hemisphäre in die andere Hemisphäre übertritt, ändert sich auch das Vorzeichen des Ekman-Transports. Wenn also der Südostpassat auf die Nordhemisphäre übertritt und am Äquator zum Südwind wird, entsteht ein nordäquatorialer Gegenstrom (oft auch nur Äquatorialer Gegenstrom genannt). In der Konsequenz entsteht das komplizierte Strömungsmuster des tropischen Pazifiks mit zwei äquatorialen Strömen von Ost nach West und dazwischen einem Gegenstrom von West nach Ost.
 | Ekman-Transport Wenn in der Nähe des Äquators über einen längeren Zeitraum ein Wind auf der Meeresoberfläche weht, fließt die resultierende Oberflächenströmung nicht wie zu erwarten in Windrichtung. Stattdessen ist die durchschnittliche Strömung als Folge der Corioliskraft 90° links von der Windrichtung auf der S-HK bzw. rechts vom Wind auf der N-HK. |
Ekman-Spirale
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